DE4329327C2 - Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil - Google Patents
Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, 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 werden,
beispielsweise in einem Fahrantrieb eines Mobilbaggers. Die
Funktion eines Fahrbremsventils besteht in der Verhinderung eines
Überdrehens und somit eines Füllungsmangels von Hydromotoren, der
ohne Verwendung eines Fahrbremsventils auftreten würde, sobald
die Drehzahl des Hydromotors durch Antrieb von außen, beispiels
weise durch Bergabfahrt ohne Last, die dem zufließenden Volumen
strom entsprechende Drehzahl übersteigt.
Nachdem die ersten Fahrbremsventile für den Einsatz in Kreisen
unter Verwendung von Hydropumpen mit konstanter Liefermenge
konzipiert waren, wodurch ein Kavitieren im lastlosen oder Brems
betrieb nicht oder kaum möglich war, wurde es nach dem Aufkommen
des Einsatzes von regelbaren bzw. steuerbaren Hydropumpen erfor
derlich, das Kavitieren des Hydromotors im Bremsbetrieb, in dem
die Liefermenge der Pumpe zurückgefahren wird, zu verhindern.
Dieses Problem wurde zunächst durch das Vorsehen von Kurzschlüs
sen zwischen dem Bremsventil und dem Hydromotor (DE 36 06 237 A1)
oder dem Bremsventil und der Hydropumpe (DE 38 10 943 C2) gelöst.
Ein weiteres bekanntes Fahrbremsventil (z. B. Prospekt RD 64 313/04.92.
Fa. Mannesmann Rexroth) ist so ausgebildet, daß ein
Füllungsmangel des Hydromotors dadurch verhindert wird, daß der
abfließende 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 Bremsventils,
unmöglich ist, da die vorher offene Rücklaufverbindung das nach
dem Reversieren auf der jeweils anderen Arbeitsleitung ankommende
Öl praktisch während der gesamten Schließzeit des Fahrbremsven
tils abfließen läßt, ohne daß eine Umsteuerung der Drehrichtung
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 letztgenannten 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 1. 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 Rück
laufverbindung 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 Schaltüberdec
kung 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 Antriebssystems
unter Verwendung der erfindungsgemäßen Steuereinheit;
Fig. 2 eine Teilansicht einer konstruktiven Ausgestaltung
eines Umschaltventils mit negativer Schaltüberdeckung
für die erfindungsgemäße Steuereinheit und
Fig. 3 ein Umschaltventil mit positiver Schaltüberdeckung
und Bypass für die erfindungsgemäße Steuereinheit.
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 Vorwärts-
Stellung V1, eine Rückwärtsstellung R1 und eine Mittelstellung M1
gesteuert werden kann. Die Ansteuerung des Wegeventils kann, wie
in Fig. 1 dargestellt, beispielsweise durch Druckbeaufschlagung
von Druckanschlüssen von Steuerkammern mittels Steuerleitungen 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 der Leitung 4 und der Rücklaufleitung 26 ist ein Überdruckventil 28 an
geordnet, welches die Leitung 4 mit der Rücklaufleitung 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 Hydropumpe 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 verbunden,
wobei die zweiten Anschlüsse 40b, 42b der Umschaltventile 40, 42
mit dem dritten bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Regelventils
34 verbunden sind. Die jeweils dritten Anschlüsse 40c, 42c der
Umschaltventile 40, 42 sind über Verbindungsleitungen 44, 46 mit
jeweils einem Anschluß 32a, 32b des Hydromotors 32 verbunden.
Zwischen den Leitungen 44, 46 ist eine Parallelschaltung aus zwei
Überdruckventilen 48, 50 angeordnet, wobei die Öffnungsrichtungen
der Überdruckventile einander entgegengesetzt gerichtet 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 vorgegebenen Schwellwert
überschreitet. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Hydro
motors 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 ver
bunden.
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 Druckanschlüsse
60, 62, welche über Drosselrückschlagventile 64, 66 mit den
Arbeitsleitungen 20, 21 verbunden sind. Dabei bewirken die Dros
selrückschlagventile 64, 66, daß bei einer Druckbeaufschlagung
der Leitung 20 bzw. 21 das Regelventil 34 rasch aus seiner Mittelstellung
M2 in die Vorwärtsstellung V2 bzw. in die Rückwärtsstellung
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 Druck
anschluß 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 (10) 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 ausge
übte Kraft wegen der nunmehr wirksamen Drosselwirkung des betref
fenden Drosselrückschlagventils 64, 66 mehr oder weniger stark
gedämpft. Während dieser Schließzeit des Regelventils 34 bleibt
daher - allerdings mit abnehmenden Querschnitt - die ursprünglich
geschaltete Verbindung zwischen dem ersten und zweiten oder
ersten und dritten Anschluß des Regelventils 34 bestehen.
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 Vorwärts
stellung V3, V4 geschaltet. In dieser Schaltstellung ist die
betreffende Arbeitsleitung 20, 21 mit der zugehörigen Verbin
dungsleitung 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 genannten
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 betref
fenden Leitung 44 bzw. 46 zum Hydromotor 32 verbunden wird.
Nachstehend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinheit
bzw. des erfindungsgemäßen Doppelfahrbremsventils beschrieben.
Wird das Wegeventil (10) 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. Hier
durch 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 Um
schaltventils 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 Druckanschluß 60 in seine Vorwärtsstellung V2 ge
schaltet 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 Arbeitsleitung 21,
das Wegeventil 10 und die Rücklaufleitung 26 in den Tank 3 zu
rückfließen kann, wodurch der Hydromotor 32 in seiner Vor
wärtsrichtung 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 Arbeits
leitung 20, das Rückschlagventil 36 und die nach wie vor beste
hende Verbindung zwischen dem ersten Anschluß 34a und dem zweiten
Anschluß 34b des Regelventils 34 Öl über die Rücklaufleitung 70
zugeführt, so daß ein Kavitieren und damit eine Beschädigung 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 dargestellte
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 wird in seine Rückwärtsstellung R1 geschaltet, so daß
die Pumpe 2 über die Leitung 4 der Arbeitsleitung 21 ein entspre
chendes Volumen zu führt. Hierdurch wird das Umschaltventil 42 in
seine Vorwärtsstellung V4 und das Umschaltventil 40 seine Rück
wärtsstellung 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 Druckanschluß 62 in seine Rückwärts
stellung R2 geschaltet.
Das von der Pumpe 2 gelieferte Volumen wird daher über die Lei
tung 4, die Arbeitsleitung 21, das Umschaltventil 42, die Leitung
46, den Hydromotor 32, die Leitung 44, das Umschaltventil 40, die
Rücklaufleitung 68, das Regelventil 34, das Rückschlagventil 36,
die Arbeitsleitung 20, das Wegeventil 10 und der Rücklaufleitung
26 wieder dem Tank 3 zugeführt, so daß der Hydromotor 32 in
Rückwärtsrichtung betrieben wird.
Wird das Wegeventil 10 wieder in seine Mittelstellung M1 geschal
tet, so wird dem Hydromotor 32 nunmehr über die Rücklaufleitung
68, das Regelventil 34, das während seiner Schließzeit - aller
dings mit sich verringerndem Querschnitt - in seiner Rückwärts
stellung R2 verharrt und über das Rückschlagventil 38 Volumen 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 Rücklaufleitungen
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 erfolgt.
Während bei dem eingangs genannten Doppelfahrbremsventil ein Re
versieren der Drehbewegung des Hydromotors erst möglich ist,
nachdem das Regelventil 34 durch die Federbeaufschlagung in seine
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 wieder
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 gewesen
zu sein, so liefert die Pumpe 2 über die Leitung 4, das Wegeven
til 10 und die Arbeitsleitung 21 ein Volumen an den ersten An
schluß 42a des Umschaltventils 42. Dieses wird hierdurch sofort
in seine Vorwärtsstellung V4 geschaltet, wodurch die Arbeits
leitung 21 mit der Leitung 46 verbunden und die Rücklaufleitung 70
gleichzeitig von der Leitung 46 getrennt wird. Ein Abfließen
des über die Leitung 21 gelieferten Volumens über die Rücklauf
leitung 70, das noch offene Regelventil 34, das Rückschlagventil
36 und die Arbeitsleitung 20, wie dies bei dem eingangs 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 Rl, 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 den Druckanschluß
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 ersten
Anschluß 40a, 42a des betreffenden Umschaltventils 40, 42 dar
stellt. Diese ersten Anschlüsse 40a, 42a sind gleichzeitig mit
den Anschlüssen A, B (Fig. 1) des Doppelfahrbremsventils ver
bunden, 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 Anschlüssen
40a, 42a und den Anschlüssen A, B des Doppelfahrbremsventils
sowie auf die Darstellung der von diesen Kanälen abzweigenden
Verbindungskanäle zu den weiteren Komponenten des Doppelfahr
bremsventils 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 Kolbens
nach oben durch den Anschlag des sich verjüngenden oberen Be
reichs 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 übergreift.
Gleichzeitig kann der Anschlagring 88 auch zur Fixierung des Ven
tilkörpers 74 im Grundkörper 72 dienen sowie zur Ausbildung 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, wobei die Sackbohrung 90 und
die Bohrung 92 einen Kanal bilden.
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 zweiten
Anschlusses 40b, 42b des betreffenden Umschaltventils 40, 42 dar,
welcher mit der jeweils zugehörigen Rücklaufleitung 68, 70 zum dritten
bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Regelventils 34 verbunden 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 Hydropumpe 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 jeweils
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 beiden
Schaltstellungen des Ventils erreicht werden kann. Nachteilig
hierbei ist jedoch, daß die Kolbenbewegung während des Schaltvor
gangs 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 dem Bereich 86 der Innenwandung des
Ventilkörpers 74 zusammenwirkt, daß der jeweils erste Anschluß
40a, 42a solange abdichtend verschlossen wird, bis die Oberkante
der Außenfläche 98 an der Unterkante des Bereichs 86 der Innen
wandung vorbeibewegt ist. An diesem Punkt der Abwärtsbewegung des
Kolbens wurde jedoch die Bohrung 94 bereits durch den unteren
Bereich des Kolbens 78 verschlossen.
Zusätzlich zur Gleitpassung zwischen der Außenfläche 98 des
Kolbens und dem Bereich 86 der Innenwandung 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 zusätzliche Dichtwirkung erzeugt und gleichzeitig
als exakter Anschlag für die Kolbenbewegung wirkt.
Die Verwendung eines Umschaltventils in dieser Form, welches eine
positive Schaltüberdeckung aufweist, hätte jedoch den Nachteil,
daß sich Druckspitzen, die sich durch das Verschließen der Boh
rung 94 ergeben, unmittelbar auf die mit dem jeweils dritten
Anschluß 40c, 42c des Umschaltventils verbundenen Elemente und
damit auch auf 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 Hydro
motor 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 Bohrung
92 und die Öffnung 102 in die Rücklaufleitung 68, 70 abfließen
kann, wobei die Bohrung 92 und die Öffnung 102 eine Bypass bilden.
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 negativer Schalt
überdeckung) abbauen können.
Des weiteren wird hierdurch eine weichere Reversierbewegung erre
icht, da sich an den Druckanschlüssen der Steuerkammern aufgrund der Bypasswirkung
nach dem Umschalten des Umschaltventils 40, 42 in die Vorwärtsstellung
V3, V4 ein geringerer Druck aufbaut, solange sich das Regelventil
34 noch in einem offenen Zustand (V2 bzw R2) befindet.
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 Schaltüberdec
kung 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 Hydromotors (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 Hydromotors über jeweils ein Umschaltventil (40; 42) mit jeweils einer Arbeits leitung (20; 21) und dem zugehörigen zweiten oder dritten An schluß des Regelventils (34) verbunden sind,
wobei das Umschaltventil (40, 42) bei einer Flußrichtung des Fluids in der zugehörigen Arbeitsleitung (20, 21) in Richtung auf den Hydromotor (32) die Arbeitsleitung (20, 21) mit dem Hydromotor (32) verbindet und den zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) von dem betreffenden Anschluß des Hydromotors (32) trennt und bei umgekehrter Flußrich tung des Fluids den zweiten oder dritten Anschluß des Regel ventils (34) mit dem betreffenden Anschluß des Hydromotors (32) verbindet und die Arbeitsleitung (20, 21) vom betreffenden An schluß des Hydromotors (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 Hydromotors (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 Hydromotors über jeweils ein Umschaltventil (40; 42) mit jeweils einer Arbeits leitung (20; 21) und dem zugehörigen zweiten oder dritten An schluß des Regelventils (34) verbunden sind,
wobei das Umschaltventil (40, 42) bei einer Flußrichtung des Fluids in der zugehörigen Arbeitsleitung (20, 21) in Richtung auf den Hydromotor (32) die Arbeitsleitung (20, 21) mit dem Hydromotor (32) verbindet und den zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) von dem betreffenden Anschluß des Hydromotors (32) trennt und bei umgekehrter Flußrich tung des Fluids den zweiten oder dritten Anschluß des Regel ventils (34) mit dem betreffenden Anschluß des Hydromotors (32) verbindet und die Arbeitsleitung (20, 21) vom betreffenden An schluß des Hydromotors (32) trennt.
2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Umschaltventil (40, 42) eine negative Schaltüberdeckung auf
weist.
3. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Umschaltventil (40, 42) eine positive Schaltüberdeckung auf
weist.
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 (92, 102) mit vorbestimmtem
Querschnitt aufweist.
5. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
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 Ventilöffnung (76) für den Anschluß der Arbeitsleitung (20, 21) abdichtend verschließt und eine oder mehrere im Ventilkörper (74) an geordnete Öffnungen (94) zur Verbindung des Querschnitts der Ventilöffnung (104) für den Anschluß der Verbindungsleitung (44, 46) zum Hydromotor (32) mit dem Querschnitt der Verbindungs leitung 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) abdichtend verschließt und den Querschnitt der Ventilöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) über einen innerhalb des Kolbens verlaufenden Kanal (90, 92) mit dem Querschnitt der Ventilöff nung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Hydromotor (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 Ventilöffnung (76) für den Anschluß der Arbeitsleitung (20, 21) abdichtend verschließt und eine oder mehrere im Ventilkörper (74) an geordnete Öffnungen (94) zur Verbindung des Querschnitts der Ventilöffnung (104) für den Anschluß der Verbindungsleitung (44, 46) zum Hydromotor (32) mit dem Querschnitt der Verbindungs leitung 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) abdichtend verschließt und den Querschnitt der Ventilöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) über einen innerhalb des Kolbens verlaufenden Kanal (90, 92) mit dem Querschnitt der Ventilöff nung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Hydromotor (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 Kolbenbewegung in
die zweite Schaltstellung solange eine Abdichtung des Quer
schnitts der Ventilöffnung (76) für die Arbeitsleitung er
reicht 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 (74) eine Öffnung (102) vorgesehen ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE9320900U DE9320900U1 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil |
DE19934329327 DE4329327C2 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil |
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