DE4342487B4

DE4342487B4 - Hydrostatisches Antriebssystem mit Nachsaugeventil

Info

Publication number: DE4342487B4
Application number: DE19934342487
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Kraft; Alfred Dr.-Ing. Langen
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1993-12-13
Filing date: 1993-12-13
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: DE4342487A1

Abstract

Hydrostatisches Antriebssystem mit einem beidseitig beaufschlagbaren, im offenen Kreislauf angeordneten Verbraucher (2) hydraulischer Energie, dessen beiden Anschlüssen mindestens ein Bremsventil (4a; 4b) mit damit in Wirkverbindung stehendem Nachsaugeventil (16a; 16b) zugeordnet ist, wobei das Nachsaugeventil (16a; 16b) das Einspeisen von Druckmittel von der Ablaufseite zur Zulaufseite des Verbrauchers (2) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachsaugeventil (16a; 16b) in der Bremsphase, in der durch das Bremsventil (4a; 4b) ein ablaufseitiger Druck erzeugbar ist, durch den in der Bremsphase ablaufseitig erzeugten Druck auf einen erhöhten Nachsaugedruck vorspannbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem mit einem beidseitig beaufschlagbaren, im offenen Kreislauf angeordneten Verbraucher hydraulischer Energie, dessen beiden Anschlüssen mindestens ein Bremsventil mit damit in Wirkverbindung stehendem Nachsaugeventil zugeordnet ist, wobei das Nachsaugeventil das Einspeisen von Druckmittel von der Ablaufseite zur Zulaufseite des Verbrauchers ermöglicht.
Bremsventile haben die Aufgabe, in bestimmten Betriebssituationen in der ablaufseitigen Leitung des Verbrauchers hydraulischer Energie eine Stauwirkung zu erzielen. Eine solche Betriebssituation kann bei einem als Hydromotor ausgebildeten Verbraucher, der Teil eines Fahrantriebs ist, beispielsweise dann auftreten, wenn das mit dem hydrostatischen Fahrantrieb ausgerüstete Fahrzeug einen Berg hinabfährt und der Hydromotor zum Erzielen einer Bremswirkung Schleppleistung aufnehmen muß.
Üblicherweise ist zusätzlich ein Nachsaugeventil vorgesehen, das bei eingeschaltetem Bremsventil das Einspeisen von Druckmittel von der Ablaufseite des Verbrauchers zur Zulaufseite ermöglicht, um Kavitation zu vermeiden.

Ein gattungsgemäßes hydrostatisches Antriebssystem ist aus der DE 41 19 333 A1 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein hinsichtlich der Funktion und den Abmessungen verbessertes hydrostatisches Antriebssystem der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Nachsaugeventil in der Bremsphase, in der durch das Bremsventil ein ablaufseitiger Druck erzeugbar ist, durch den in der Bremsphase ablaufseitig erzeugten Druck auf einen erhöhten Nachsaugedruck vorspannbar ist. Im normalen Betriebszustand kann daher Druckmittel ohne großen Widerstand über das Nachsaugeventil zum Tank entweichen. In der Bremsphase wird das Nachsaugeventil selbsttätig auf einen höheren Öffnungsdruck vorgespannt, so daß durch das erhöhte Nachsaugedruckniveau auf eine externe Einspeisung in das hydrostatische Antriebssystem verzichtet werden kann. Es entfällt somit die Notwendigkeit, eine Hilfspumpe zur Aufrechterhaltung eines bestimmten zulaufseitigen Druckniveaus vorzusehen.

Es ist vorteilhaft, wenn das Nachsaugeventil in das Bremsventil integriert ist. Durch die Integration der Druckbegrenzung und der Nachsaugung in das Bremsventil ergibt sich die Möglichkeit, das Bremsventil platzsparend in die Steuerbodenaufnahme des Hydromotors einzubauen. Damit verbunden ist der Vorteil, daß in besonders kritischen Betriebszuständen direkt in den Zulauf des Verbrauchers nachgesaugt werden kann.

Im Hinblick auf eine kompakte Bauweise ist es günstig, das Nachsaugeventil im Bremsventilkolben anzuordnen.

Zweckmäßigerweise ist das Nachsaugeventil von einer Feder beaufschlagt, die mittelbar oder unmittelbar gegen einen Vorspannkolben anliegt, der durch den in der Bremsphase ablaufseitig erzeugten Druck beaufschlagbar ist.

Bei den im Stand der Technik üblichen Bremsventilen, wie sie beispielsweise aus der gattungsbildenden Druckschrift bekannt sind, ist zuweilen eine Druckbegrenzung integriert, um eine Überlastung der Ablaufseite zu verhindern, indem bei Erreichen des eingestellten Maximaldrucks eine Verbindung zur Zulaufseite des Verbrauchers und/oder zum Tank hergestellt wird. Die Druckbegrenzungs-Funktion ist dabei aber nicht nur abhängig vom eigentlich zu begrenzenden (ablaufseitigen) Druck, sondern auch in erheblichem Umfang vom Druck auf der jeweiligen Zulaufseite des Verbrauchers. Dieser zulaufseitige (Rest-)Druck schwankt bei eingeschaltetem Bremsventil in ausgeführten hydrostatischen Antriebssystemen. Ein genau definiertes und sicheres Ansprechen der Druckbegrenzung ist daher nicht möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß das Bremsventil eine integrierte Druckbegrenzung enthält, wobei an einem ein- oder mehrteiligen Bremsventilkolben eine erste und eine zweite Wirkfläche vorgesehen ist, von denen die erste Wirkfläche durch den in der Zulaufseite des Verbrauchers geführten Druck und die zweite Wirkfläche durch den in der Ablaufseite des Verbrauchers geführten Druck jeweils entgegen Federkraft beaufschlagbar ist, und wobei das Bremsventil eine integrierte Kompensationsvorrichtung aufweist, die unterhalb eines bestimmten, die erste Wirkfläche beaufschlagenden Drucks in Wirkrichtung der ersten Wirkfläche mit annähernd konstanter Kraft wirksam ist.

Im Ansprechbereich des Druckbegrenzungsventils ist man daher unabhängig vom Restdruck auf die erste Wirkfläche, denn die Kompensationsvorrichtung sorgt für einen stets gleichbleibenden Ansprechbeginn der Druckbegrenzung. Die Druckbegrenzung funktioniert in allen Betriebszuständen stets sicher.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Kompensationsvorrichtung einen Kompensationskolben aufweist, der entgegen Federkraft von dem die erste Wirkfläche beaufschlagenden Druck beaufschlagbar ist, wobei unterhalb eines bestimmten Drucks der Kompensationskolben im Eingriff mit dem Bremsventilkolben steht. Der Druck im zulaufseitigen Anschluß des hydrostatischen Antriebssystems sorgt zunächst dafür, daß sich der Bremsventilkolben in seine Öffnungsstellung bewegt. Der Kompensationskolben wird dabei vom Bremsventilkolben getrennt. Sobald der zulaufseitige Druck einen bestimmten Wert unterschreitet, bewegt sich der Bremsventilkolben in eine Position, in der der Ablauf gedrosselt wird und in der der Kompensationskolben gegen den Bremsventilkolben mit der durch die Feder vorgegebenen Vorspannung anliegt.

Insgesamt ergibt sich damit ein Antriebssystem, bei dem die Funktionen Bremsen, Druck begrenzen, Nachsaugen und Ablaufvorspannung in einem einzigen (ein- oder mehrteiligen) Ventil enthalten sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen Schnitt durch die Steuerbodenaufnahme eines Hydromotors;
2 einen Schaltplan zu einem erfindungsgemäßen hydrostatischen Antriebssystem
3 eine Kennlinie des ablaufseitigen Drucks des Verbrauchers.
1 zeigt einen Schnitt durch die Steuerbodenaufnahme 1 eines Hydromotors 2, der über ein Wegeventil 3 im offenen Kreislauf an eine in 1 nicht mehr dargestellte Pumpe angeschlossen ist. Es versteht sich von selbst, daß an Stelle eines Hydromotors auch ein hydraulischer Zylinder als Verbraucher hydraulischer Energie treten kann.
In der Steuerbodenaufnahme 1 sind zwei Bremsventile 4a und 4b angeordnet, von denen jedes einen in einer Bohrung gegen die Kraft einer Feder 5a bzw. 5b längsbeweglichen Bremsventilkolben 6a bzw. 6b aufweist. Jeder Bremsventilkolben 6a bzw. 6b ist von zueinander beabstandeten Ringnuten 7a, 8a, 9a, 10a und 11a bzw. 7b, 8b, 9b, 10b und 11b umgeben.
Die Ringnuten 8a und 8b sind jeweils an einen Ausgang des Wegeventils 3 angeschlossen. Die Ringnuten 9a und 9b sind jeweils unter Zwischenschaltung eines zur Ringnut 9a bzw. 9b hin öffnenden Rückschlagventils 12a bzw. 12b zu den Ringnuten 8a und 8b parallel geschaltet und stehen jeweils mit einem der beiden Druckanschlüsse des Hydromotors 2 in Verbindung. Darüberhinaus steht die Ringnut 9a gedrosselt mit der Ringnut 7a in Verbindung und die Ringnut 9b gedrosselt mit der Ringnut 7b. Die beiden Ringnuten 10a und 10b sind miteinander verbunden. Die Ringnut 11a steht gedrosselt mit der Ringnut 8b in Verbindung und die Ringnut 11b gedrosselt mit der Ringnut 8a.
Die drosselnden Verbindungen dienen der Dämpfung des hydrostatischen Antriebssystems, können je nach Anwendungsfall aber auch entfallen.
Jeder Bremsventilkolben 6a bzw. 6b ist entgegengesetzt zur Wirkrichtung der Feder 5a bzw. 5b durch eine Kompensationsvorrichtung beaufschlagbar, die als Kompensationskolben 13a bzw. 13b ausgebildet ist, welcher durch eine Feder 14a bzw. 14b in Richtung zu der in der Figur unteren Stirnseite des Bremsventilkolbens 6a bzw. 6b angestellt ist.
Im hohlen Inneren jedes Bremsventilkolbens 6a bzw. 6b befindet sich ein gegen die Kraft einer Feder 15a bzw. 15b längsverschiebliches Nachsaugeventil 16a bzw. 16b, das je nach Stellung Querausnehmungen 17a bzw. 17b des Bremsventilkolbens 6a bzw. 6b mit axial davon beabstandeten Querausnehmungen 18a bzw. 18b verbindet oder nicht.
Das Nachsaugeventil 16a bzw. 16b ist in Wirkrichtung der Feder 15a bzw. 15b im geschlossenen Zustand durch den Druck in der Querausnehmung 17a bzw. 17b beaufschlagt, was durch Radialbohrungen 19a bzw. 19b erfolgt.
Die Feder 15a bzw. 15b des Nachsaugeventils 16a bzw. 16b ist gegen einen längsbeweglichen Vorspannkolben 20a bzw. 20b abgestützt, der durch den in der Ringnut 7a bzw. 7b geführten Druck in Schließrichtung des Nachsaugeventils 16a bzw. 16b beaufschlagbar ist. Um dies zu erreichen, sind in der Wandung des Bremsventilkolbens 6a bzw. 6b und in den Vorspannkolben 20a und 20b entsprechende Ausnehmungen zur Versorgung der in der Figur oberen Stirnfläche des Vorspannkolbens 21a bzw. 21b mit Druckmittel. Es ist auch möglich, die Nachsaugeventile 16a und 16b in einem einteiligen Bremsventilkolben zu integrieren, der zu diesem Zweck als Hohlkolben ausgebildet ist.
An dem Bremsventilkolben 6a bzw. 6b ist eine erste Wirkfläche 21a bzw. 21b angeordnet, die durch den Druck in der Ringnut 11a bzw. 11b beaufschlagbar und der Wirkrichtung der Feder 5a bzw. 5b entgegengerichtet wirksam ist. Darüber hinaus ist an dem Bremsventilkolben 6a bzw. 6b eine zweite, kreisringförmige Wirkfläche 22a bzw. 22b angeordnet, die von dem Druck in dem Ringkanal 7a bzw. 7b beaufschlagbar und der Wirkrichtung der Feder 5a bzw. 5b entgegengerichtet wirksam ist.
Die Ringnuten 7a und 7b können auch entfallen, sofern die Wirkflächen 22a und 22b in den Ringnuten 9a und 9b angeordnet werden.
Der Bremsventilkolben 6a bzw. 6b kann prinzipiell sowohl als Hohl- als auch als Vollkolben ausgeführt sein. In beiden Fällen kann die Wirkfläche 22a bzw. 22b vorhanden sein und der Kompensationskolben den Bremsventilkolben beaufschlagen.
Ferner ist es möglich, daß der Bremsventilkolben einteilig ausgebildet ist, d.h. die beiden Bremsventilkolben 6a und 6b sind zu einem gemeinsamen Bremsventilkolben zusammengefaßt.
2 zeigt einen Schaltplan zu dem in Figur verkörperten erfindungsgemäßen Antriebssystem. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Unterschied zu der in 2 geziegten Anordnung ist als Kompensationsvorrichtung kein Kompensationskolben vorgesehen sondern ein konstanter Hilfsdruck. Hierbei ist über Wechselventile 23a und 23b eine in 2 nicht dargestellte Konstantdruckquelle an den Raum vor der Wirkfläche 21a bzw. 21b anschließbar. Darüber hinaus sind parallel zu den aus 1 bekannten Dämpfungsdrosseln Rückschlagventile geschaltet.
Das erfindungsgemäße hydrostatische Antriebssystem funktioniert wie folgt: Sowohl der zulaufseitige Bremsventilkolben 6a als auch der ablaufseitige Bremskolben 6b befinden sich durch die Wirkung der Feder 5a bzw. 5b in der in der 1 gezeigten Stellung. Bei Betätigung des Wegeventils 3 beispielsweise nach in der Figur links fließt Druckmittel in die Ringnut 8a und parallel dazu über das Rückschlagventil 12a in die Ringnut 9a und von dort direkt zum zulaufseitigen Anschluß des Hydromotors 2. Durch die Verbindung der beiden Ringnuten 9a und 7a wird die Wirkfläche 22a mit Druckmittel beaufschlagt. Da dieser Druck kleiner ist als der Ansprechdruck der Druckbegrenzung, öffnet der Bremsventilkolben 6a nicht.
Von der Ringnut 8a aus fließt Druckmittel zu der Ringnut 11b des ablaufseitigen Bremsventils 4b und beaufschlagt dort dessen erste Wirkfläche 21b, so daß sich der Kompensationskolben 13b entgegen der Kraft der Feder 14b nach in der 1 unten und der Bremsventilkolben 6b entgegen der Kraft der Feder 5b nach in der 1 oben bewegt. Über die Querausnehmungen 18b wird daher eine Verbindung hergestellt zwischen der Ringnut 9b und dem hohlen Inneren des Bremsventilkolbens 6b. Infolgedessen kann Druckmittel, welches aus dem ablaufseitigen Anschluß des Hydromotors 2 zu dem Ringkanal 9b fließt, von dort über die Querausnehmung 18b (der Bremsventilkolben 6b befindet sich in einer nach oben verschobenen Stellung) und das gegen den geringen Widerstand der Feder 15b geöffnete Nachsaugeventil 16b zum Ringkanal 8b und von dort zum Wegeventil 3 und in einen drucklosen Behälter abfließen.
Wenn der zulaufseitige Druck infolge Schubbetriebs zusammenbricht, bewegt sich der Bremsventilkolben 6b des ablaufseitigen Bremsventils 4b nach in der 1 unten, so daß der Ringkanal 9b abgesperrt wird. Es wird daher Druckmittel auf der Ablaufseite aufgestaut und eine abbremsende Wirkung auf den Hydromotor 2 ausgeübt.
Der sich dabei ergebende ablaufseitige Druck wirkt auf die zweite Wirkfläche 22b. Bei Überschreiten eines bestimmten Drucks bewegt sich der Bremsventilkolben 6b wieder nach oben, wodurch Druckmittel zum Wegeventil 3 (über Ringnut 9b, Querausnehmung 18b, geöffnetes Nachsaugeventil 16b, Querausnehmung 17b und Ringnut 8b) abfließen kann und der ablaufseitige Druck begrenzt wird. Dabei ist es unerheblich, ob noch ein zulaufseitiger Restdruck auf die erste Wirkfläche 21b des Bremsventilkolbens 6b wirkt, denn der Kompensationskolben 13b sorgt durch die Wirkung der ihn beaufschlagenden Feder 14b für ein definiertes Einsetzen der Druckbegrenzung.
Durch die Wirkung des aufgestauten Drucks auf der Ablaufseite wird darüber hinaus der Vorspannkolben 20b nach in der Figur unten gegen einen Anschlag bewegt, so daß die Feder 15b des Nachsaugeventils 16b vorgespannt wird. Ablaufseitiges Druckmittel fließt daher, sofern der Bremsventilkolben 6b nicht ganz geschlossen ist, über die Ringnut 9b, die Querausnehmung 18b und die Ringnut 10b zur Zulaufseite. Auf diese Weise kann in der Bremsphase das nachgesaugte Druckmittel beispielsweise eine Vorspannung von 20 bar gegenüber den sonst üblichen 3 bis 5 bar aufweisen. Dadurch kann direkt vom Ablauf des Hydromotors 2 in den Zulauf nachgesaugt werden, wodurch Kavitation vermieden wird.
Der geschilderte Ablauf funktioniert in analoger Weise in Gegenrichtung, also dann, wenn sich das Bremsventil 4b auf der Zulaufseite befindet und das Bremsventil 4a auf der Ablaufseite.
3 zeigt eine Kennlinie des ablaufseitigen Drucks des Verbrauchers. Hierbei ist auf der Abszisse der zulaufseitige Druck p_z aufgetragen und auf der Ordinate der ablaufseitige (Brems-)Druck p_b. Der Punkt 1 auf der Abszisse markiert den Übergang von der Antriebsphase A in die Bremsphase B. Mit geringer werdendem zulaufseitigem Druck p_z schließt sich das ablaufseitige Bremsventil stärker und es erhöht sich dementsprechend der ablaufseitige (Brems-)Druck p_b. Am Punkt 2 wird durch Aufbringen einer konstanten Kraft auf die Wirkfläche 21b des Bremskolbens 6b der (Brems-)Druck p_b auf einen Maximalwert begrenzt. Andernfalls ergäbe sich ein Verlauf entsprechend der gestrichelten Linie.

Claims

Hydrostatisches Antriebssystem mit einem beidseitig beaufschlagbaren, im offenen Kreislauf angeordneten Verbraucher (2) hydraulischer Energie, dessen beiden Anschlüssen mindestens ein Bremsventil (4a; 4b) mit damit in Wirkverbindung stehendem Nachsaugeventil (16a; 16b) zugeordnet ist, wobei das Nachsaugeventil (16a; 16b) das Einspeisen von Druckmittel von der Ablaufseite zur Zulaufseite des Verbrauchers (2) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachsaugeventil (16a; 16b) in der Bremsphase, in der durch das Bremsventil (4a; 4b) ein ablaufseitiger Druck erzeugbar ist, durch den in der Bremsphase ablaufseitig erzeugten Druck auf einen erhöhten Nachsaugedruck vorspannbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachsaugeventil (16a; 16b) in das Bremsventil (4a; 4b) integriert ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachsaugeventil (16a; 16b) im Bremsventilkolben (6a; 6b) angeordnet ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachsaugeventil (16a; 16b) von einer Feder (15a; 15b) beaufschlagt ist, die mittelbar oder unmittelbar gegen einen Vorspannkolben (20a; 20b) anliegt, der durch den in der Bremsphase ablaufseitig erzeugten Druck beaufschlagbar ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsventil (4a; 4b) eine integrierte Druckbegrenzung enthält, wobei an einem ein- oder mehrteiligen Bremsventilkolben (6a; 6b) eine erste (21a; 21b) und eine zweite Wirkfläche (22a; 22b) vorgesehen ist, von denen die erste Wirkfläche (21a; 21b) durch den in der Zulaufseite des Verbrauchers (2) geführten Druck und die zweite Wirkfläche (22a; 22b) durch den in der Ablaufseite des Verbrauchers (2) geführten Druck jeweils entgegen Federkraft beaufschlagbar ist, und wobei das Bremsventil (4a; 4b) eine integrierte Kompensationsvorrichtung (13a; 13b) aufweist, die unterhalb eines bestimmten, die erste Wirkfläche (21a; 21b) beaufschlagenden Drucks in Wirkrichtung der ersten Wirkfläche (21a; 21b) mit annähernd konstanter Kraft wirksam ist.
Hydrostatisches Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung einen Kompensationskolben (13a; 13b) aufweist, der entgegen Federkraft von dem die erste Wirkfläche (21a; 21b) beaufschlagenden Druck beaufschlagbar ist, wobei unterhalb eines bestimmten Drucks der Kompensationskolben (13a, 13b) im Eingriff mit dem Bremsventilkolben (6a; 6b) steht.