WO2013037582A1 - Versteileinrichtung für eine hydrostatische maschine und hydrostatische maschine - Google Patents

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WO2013037582A1
WO2013037582A1 PCT/EP2012/065837 EP2012065837W WO2013037582A1 WO 2013037582 A1 WO2013037582 A1 WO 2013037582A1 EP 2012065837 W EP2012065837 W EP 2012065837W WO 2013037582 A1 WO2013037582 A1 WO 2013037582A1
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WO
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valve
control
fail
safe
pressure
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PCT/EP2012/065837
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Ruslan Rudik
Viktor FRIEDRICH
Timo Nafz
Hendrik Friedrich
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/06—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
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    • F03C1/0686—Control by changing the inclination of the swash plate
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    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
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    • F04B2201/12—Parameters of driving or driven means
    • F04B2201/1205—Position of a non-rotating inclined plate
    • F04B2201/12051—Angular position

Definitions

  • the invention relates to an adjusting device for a hydrostatic machine according to the preamble of patent claim 1 and a running with such an adjusting device hydrostatic machine.
  • Such a hydrostatic machine may for example be a variable displacement pump in axial piston design, in which a flow rate by changing a
  • Swivel angle of a swash plate is adjusted.
  • the basic structure of such an adjusting device for the electro-proportional swivel angle control is in the
  • the swash plate is acted upon by an actuating piston of an actuating cylinder in the direction of an enlargement of the swivel angle and by an opposing piston of a counter-cylinder in the direction of a reduction of the swivel angle.
  • the counter-piston is always subjected to high pressure, while control oil can be supplied via an electrically controlled proportional control valve of a control chamber of the actuating cylinder or can be discharged from this to the tank. Via a proportional solenoid of the control valve so the swing angle can be controlled in a higher-level control loop.
  • a valve spool of the control valve is connected via a return spring in operative connection with the actuating piston.
  • This return spring represents an interference force that reduces the power reserve of the proportional solenoid.
  • the adjusting device is designed with a fail-safe function, in which the swash plate is pivoted in case of failure, for example in a cable break on the control valve in a predetermined position. This is done in the known solution via the return spring and an oppositely acting counter spring, which adjust the valve slide in a force equilibrium in a fail-safe position, so that adjusts a corresponding control pressure in the control chamber.
  • an adjusting device is disclosed with which an electro-hydraulic control of the pressure and the flow rate of an axial piston pump is possible.
  • a control is also referred to as DFE control.
  • the basic mechanical structure of such an adjusting device corresponds to that of the previously described embodiment.
  • the adjustment of the swivel angle is also carried out via a control valve, wherein in an accident about a fail-safe control, the axial piston pump to a certain pressure and not as in the embodiment described above to a predetermined pivot angle, is adjusted.
  • the invention has for its object to provide an adjusting device and running with such an adjusting device hydrostatic machine, which are adjustable with low device complexity with high dynamics.
  • the adjusting device for a hydrostatic machine has an actuating piston for indirectly or directly adjusting a stroke volume (the delivery volume in operation as a pump, the displacement volume during operation as an engine) of the hydrostatic machine.
  • This control piston defines a control chamber in which a control pressure can be controlled via an electrically or electrohydraulically adjustable control valve.
  • a fail-safe valve is provided in addition to the control valve, via which the actuating piston in a fault preferably mechanically, in other words without electrical assistance, is reset in a predetermined position.
  • control pressure in the control chamber and thus the pivot angle of the hydrostatic machine is controlled by the control valve in normal operation, while in the event of a fault, for example in a cable break of the actuating piston and thus the swash plate of the hydrostatic machine is returned to a predetermined position.
  • the control valve is designed such that it is optimized with regard to the control behavior and the adjustment dynamics required for this purpose, while the provision in the fail-safe case via the appropriately designed fail-safe valve.
  • Such a solution is characterized by minimal device complexity and high control dynamics.
  • the fail-safe valve has an input port connected to high pressure, a low pressure connected tank port, and an output port connected to an input port of the check valve.
  • the fail-safe valve is preferably designed as a continuously adjustable valve and biased by a return spring and the control spring in a basic position.
  • the control dynamics of the control valve determining return spring is integrated in the inventive solution in the fail-safe valve and thus determined in normal operation is no longer the control behavior.
  • control valve is designed with a fail-safe position, which is taken in the event of a fault and in the the output port of the fail-safe valve is connected to the actuating chamber, so that in this via the fail-safe valve, a pressure is adjusted to adjust the swash plate in its predetermined fail-safe position.
  • a valve piston of the fail-safe valve can be acted upon in the effective direction of the return spring with the pressure in the adjusting chamber.
  • the control valve establishes a control oil connection of the control chamber with the high pressure or the low pressure (tank), so that control oil is supplied to the control chamber or discharged therefrom.
  • the fail-safe valve has a control chamber which is pressurized in the control position of the control valve with high pressure.
  • the movable valve body of the fail-safe valve is pressure-balanced. This can be done in principle by the fact that high pressure is added to another control room and this pressure compensates the force exerted by the pressure in the first control chamber force.
  • the control space of the fail-safe valve which has previously been subjected to high pressure, is preferably subjected to low pressure.
  • control chamber is connected via a nozzle or the like with high pressure.
  • the fail-safe valve can be designed with a stop on which the valve piston of the fail-safe valve runs during normal operation of the control valve.
  • the adjusting device has in a preferred embodiment, a counter-cylinder whose counter-piston acts in the sense of an adjustment of the delivery / absorption volume of a hydrostatic machine counter to the actuating piston, wherein the return spring is in operative connection with the opposed piston. Accordingly, the return spring is tensioned or relaxed in response to the movement of the opposed piston.
  • the control valve is designed with a return spring, which is also in the manner described above in operative connection with the opposed piston, so that with a minimum length and a reliable return of the control valve is possible.
  • a single-acting magnetic actuator is sufficient for adjusting the control valve.
  • the structure is particularly simple if both return springs are supported on a common spring plate.
  • an auxiliary valve which functionally switches off the fail-safe valve in one position and switches on in the fail-safe function, so that it can develop the described effect.
  • the auxiliary valve may be designed in a variant such that it is acted upon in one direction by the pressure in an auxiliary chamber and in the opposite direction by a spring. It is provided that in a fail-safe position of the control valve, the auxiliary chamber is relieved to a tank or low pressure, so that then a control oil connection between the fail-safe valve and the control valve is open. In a control position of the control valve, the auxiliary chamber is subjected to high pressure, so that the control oil connection between the control valve and the fail-safe valve is interrupted and the latter is deactivated.
  • the auxiliary valve is ideally designed as a seat valve, so that the leakage between high pressure and low pressure in the control state is very low.
  • a hydrostatic machine designed with such an adjustment device is characterized by improved control dynamics and by reduced device complexity and thus comparatively low production costs.
  • This hydrostatic machine is preferably designed as an over zero pivotable axial piston machine.
  • the hydrostatic machine is pressure and flow controlled - (DFE control). Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a hydrostatic machine according to the invention with an adjusting device according to the invention
  • Figure 2 shows a second embodiment of a hydrostatic machine
  • FIG. 3 shows a concrete embodiment of an adjusting device according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a section through a main axis of the adjusting device according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows a concrete solution of a variant of the embodiment according to FIG. 2,
  • FIG. 7 shows a circuit diagram of a fourth exemplary embodiment
  • Figure 8 shows a fifth embodiment with an auxiliary valve
  • FIG. 9 shows a concrete solution of the fifth embodiment according to FIG. 8.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a hydrostatic machine, more precisely an axial piston pump 1, which can be pivoted over zero and whose pivot angle can be adjusted via an adjusting device 2 according to the invention.
  • This has a counter-cylinder 6, which acts on a pivoting cradle 4 of the axial piston pump in an adjustment direction and a control cylinder 8 with a control piston 9, which acts in the opposite direction on the pivoting cradle 4.
  • the counter-cylinder 6 has an opposed piston 10, which is acted upon by a counter-spring 12 in the sense of a reduction of a pressure chamber 14. As explained in more detail below, this pressure chamber 14 is acted upon by the pressure at an output port P of the axial piston pump 1.
  • the actuating cylinder 8, whose effective cross-section is substantially larger than the corresponding cross-section of the counter-cylinder 6, has an actuating piston 16 which delimits an actuating chamber 18 and which via a return spring 20 in the sense of increasing the pressure chamber 18 and thus a reduction of the swivel angle (delivery volume flow). the axial piston pump 1 is acted upon.
  • a spring 22 which controls the actuating piston 16th thus acted upon in the sense of increasing the pivot angle of the pivoting cradle 4.
  • the spring arrangement described (springs 12, 18 and 22) is designed so that in the de-energized state of the electro-hydraulic adjusting device 2 and no pressure at the output port P of the axial piston pump 1 (pump not driven) the pivot angle 8 is adjusted to a predetermined value (zero stroke) which can be in the range of 4 percent to 8 percent of the maximum swing angle.
  • the pump pressure in the pressure chamber 14 acts - the pivoting cradle 4 is swung out.
  • control valve 24 In normal operation of the axial piston pump 1, pressure medium of the control chamber 18 is supplied via a control valve 24 and discharged from the control chamber 18.
  • the control valve 24 is designed as a continuously adjustable proportional valve, wherein a valve slide 26 via a proportional solenoid 28 against the force of a control spring 30 is adjustable.
  • the control valve 24 has an output port A, a pressure port P, and a tank or low pressure port T.
  • the output port A is connected to the control chamber 18 via a control line 32.
  • the tank connection T is connected to a tank 34.
  • the pressure port P is connected via a pressure line 36 to a pump line 38 connected to the pressure port P of the axial piston pump 1. This also flows into a high-pressure accumulator 40, which can thus be loaded by the axial piston pump 1.
  • the high pressure accumulator 40 is designed so that even with a shut-off of the pressure port of the axial piston pump 1 is still enough pressure available to pivot the pivoting cradle 4 back to its desired position.
  • the pump 1 can also convey pressure medium to another hydraulic consumer, for example to a hydraulic cylinder or to a hydraulic motor.
  • the adjusting device 2 is designed with a second valve axis, which is hereinafter referred to as fail-safe valve 44 and is designed as a proportional directional control valve.
  • This has an output terminal B, which via a line section 46 with a Fail-safe connection FS of the control valve 24 is connected.
  • the fail-safe valve 44 further has a pressure port P connected to the pressure line 36 and a tank port T connected to the tank 34.
  • the return spring 20 urges a valve body 48 of the fail-safe valve 44 in the direction of (a) Positions, while acting in the opposite direction control spring 50, the valve body 48 in the direction indicated by (b) positions.
  • the fail-safe valve 44 is adjusted in the direction of its (a) position marked, so that the actuating chamber 18 from the pressure port P of the fail-safe valve 44 pressure medium flows and thus the pivot angle of the pivoting cradle 4 is reset and in a corresponding manner, the spring force applied by the return spring 20 is reduced.
  • the fail-safe valve 44 is displaced in the direction of its positions indicated by (b) and thereby the output port B to the tank port T connected, so that the adjusting chamber 18 is connected to the tank and according to pressure medium is ejected from her.
  • the pivoting cradle 4 pivots so that the return spring 20 is tensioned accordingly until the fail-safe valve 44 is in its control position and thus force equilibrium between the springs 20 and 50 prevails.
  • this fail-safe control takes place only when the control valve 24 is moved to its fail-safe position (c). This is for example the case when a cable break occurs on the control valve 24 and thus an adjustment via the proportional solenoid 28 is no longer possible.
  • this is adjusted in the direction of its positions, marked with the letters (d) and (e).
  • the control position in which zero overlap or a small positive or negative overlap exists between the terminals P, T and A, occurs when there is force equilibrium between the force applied by the proportional magnet 28 and by the control spring 30.
  • the valve slide 26 is adjusted either in the direction of the positions indicated by (d), in which the pressure port P is connected to the outlet port A and thus the pivoting angle of the
  • Swing cradle 4 is reduced.
  • the output terminal A is connected in reverse manner to the tank port T, so that increases in a corresponding manner, the pivot angle increases to balance of power.
  • the pivoting angle of the pump 1 is increased (magnetic force greater spring force in middle position between position (d) and position (e)), reduced (magnetic force small spring force in center position) or maintained (magnetic force equal to spring force in center position ) become.
  • the fail-safe valve 44 moves in this normal operation due to the change in the spring force of the return spring 20, since in the positions (d) and (e) of the control valve 24, the fail-safe connection FS is shut off, this movement remains Fail-safe valve 44 in normal operation hydraulically without effect.
  • This steady movement of the fail-safe valve 44 has the advantage that it does not "freeze” if the fail-safe function is not used for a long time.
  • An essential aspect of the invention is that in the described normal operation, the dynamics of the control valve 24 is not affected by the return spring 20, so that an adjustment of the pivot angle of the pivoting cradle 4 is made possible with high dynamics.
  • Figure 2 shows an embodiment in which the constant adjustment of the fail-safe valve 44 is inhibited during normal operation.
  • the basic structure of the exemplary embodiment according to FIG. 2 largely corresponds to that of the exemplary embodiment described above, so that essentially only the differing components are discussed.
  • the hydrostatic machine is designed as an axial piston pump 1 by way of example, whose pivoting cradle 4 can be adjusted via the adjusting mechanism 2 with an actuating cylinder 8 with actuating cams 16 and a counter-cylinder 6 with counter-piston 10.
  • the axial piston pump 1 can be pivoted via delivery volume zero, wherein it operates at a pivot angle smaller than zero as a motor and therefore more generally can also be referred to as axial piston or axial piston unit.
  • the pressure chamber 14 of the counter-cylinder 6 is subjected to high pressure.
  • the pressure in the adjusting chamber 18 of the adjusting cylinder 8, which has a substantially larger cross-section than the counter-cylinder 6, is in normal operation according to the pressure supplied via the control valve 24 and draining pressure medium according to the instantaneous load.
  • the control valve 24 has a pressure port P, a fail-safe port FS and an output port A and a further tank port T.
  • the control valve 24 can be controlled via the proportional magnet 28 in the direction of (d) and ( e) adjusted positions, wherein in the positions (d) the connection between A and T is turned on, while in the positions (e) of the pressure port P is connected to the output terminal A.
  • the control valve 24 is moved by the force of the control spring 30 in its fail-safe position (c), in which the pressure port P to the working port A and the terminals FS and T are connected to each other.
  • the realized via a separate valve axis fail-safe valve 44 has a pressure port P, a tank port T and an output port B and is via the return spring 20 in the direction of (a) marked positions and the control spring 50 in the direction of (b ) marked positions.
  • the fail-safe valve 44 remains in its abutment position on the stop 58 in position (b).
  • the control valve 24 is adjusted by the force of the control spring 30 into its fail-safe position (c).
  • the pressure chamber 52 is relieved to the tank T, so that the valve body 48 of the fail-safe valve 44 lifts off from the stop 58 and on the balance of forces between the springs 20, 50, a predetermined position of the counter-piston 10 and thus the adjusting piston 16 is set, the corresponds to the intended swivel angle in case of failure.
  • the nozzle 54 ensures in this fail-safe function that the pressure in the control chamber 52 is reduced.
  • the valve body 48 of the fail-safe valve 44 is acted upon in the direction of the positions (a) by the return spring 20, which is connected to the counter-piston 10.
  • Figure 3 shows a constructive solution of the control valve, as it can be used for example in the variant of Figure 2.
  • the valve spool 26 of the control valve 24 is axially displaceably guided in a valve bore 88 of a housing 90 of the control valve 24 (main axis) and biased by the control spring 30 against a plunger 92 of the proportional solenoid 28.
  • the above-described connections P, A, T are formed, which open radially into the valve bore 88.
  • connection FS which in the exemplary embodiment according to FIG. 2 is connected via the control line 56 to the control chamber 52 of the fail-safe valve 44.
  • the central control collar 64 with the control edges 70, 72 and the two end collars 66, 68 are formed on the valve slide 26.
  • the left end collar 66 rests with its front side on the plunger 92.
  • the control spring 30 acts on the end face of the end collar 68 on the right in FIG. 3, so that the valve slide 26 is energized to the basic position shown in FIG. 3, in which the control edge 70 controls the pressure medium connection between the connections A, P - the control valve 24 is thus in the fail-safe position (c) according to FIG 2.
  • a spring chamber 94 for the control spring 30 in front of the electromagnet 28 facing away from the end face of the valve spool 26 and a space 98 in front of the other end face of the valve spool are each with low pressure, that is pressurized with tank pressure, wherein the space 98 is connected via a Abgriffsbohrung 100 in the housing 90 with tank port T.
  • the spring chamber 94 is connected to the tank.
  • the connection FS opens into the spring chamber 94. As this connected to the tank is, therefore, in the illustrated fail-safe position of the control valve 24, the tank pressure at the terminal FS, so that according to the control chamber 52 is depressurized.
  • valve spool 26 Upon actuation of the proportional solenoid 28, the valve spool 26 is displaced by the plunger 96 to the right, so that the pressure medium connection between the terminal FS and the tank (spring chamber 94) is controlled by the likewise a control edge forming end collar 98 and correspondingly in the pressure chamber 52 of the Fail Safe Valve 44 builds up high pressure.
  • the control valve 44 is then moved against its stop 58 (position (b) of the fail-safe valve 44), so that the pump pressure is present at the pressure connection P of the control valve 24.
  • the swivel angle is set to its fail-safe position: Depending on the magnetic force applied to the valve spool 26 via the plunger 96, a corresponding control pressure in the control chamber 18 is adjusted in the adjusting control position of the control piston 26. In the event of a cable break or the like, the valve slide 26 is returned to the basic position (c) shown in FIG. 4 by the force of the control spring 30.
  • the tank pressure in the space 98 is tapped off via the tap hole 100. It is also an alternative solution indicated, according to the tank pressure to the space 98 via a radial bore 102, an axial bore portion 104 and an oblique bore 106 of the valve spool 26 can be tapped. Then no complex housing processing to form the Abgriffsbohrung 100 is required.
  • FIG. 4 shows a simplified diagram of the previously described embodiment. It can be seen that actuated by the proportional solenoid 28 control valve 24, the valve spool 26 is pressure-balanced frontally, both end faces are acted upon, for example, tank pressure and are in fluid communication with each other via the axial bore 104.
  • the valve spool 26 is shown in its control position, in which the output port A is covered zero.
  • the fail-safe valve 44 is also shown in its control position, in which in the fail-safe function, the pressure at port B of the fail-safe valve 44 in dependence on the balance of power between see the return spring 20 and the control spring 50 is mechanically adjusted.
  • valve slide 26 is then displaced to the left from the illustrated control position, so that the control chamber 52 is relieved to the tank and the valve body 48 is adjusted to its illustrated control position.
  • valve spool 26 of the control valve 24 and the valve body 48 of the fail-safe valve 44 are each shown in their control position, which, however, according to the above, in principle is not possible.
  • the valve spool 26 In the normal function, only the valve spool 26 is in its control position, while in the fail-safe function, only the valve body 48 operates in its control position.
  • Figure 6 shows the valve 24 in the fail-safe position and the valve 44 in the position for normal operation.
  • valve spool 26 of the control valve 24 is adjusted via a plunger 62 of the proportional solenoid 28 against the force of the control spring 30.
  • the valve spool 26 has a central control collar 64 which is spaced by two annular grooves of two end collars 66,68. At the end collar 66, the control spring 30 engages, while the plunger 62 acts on an end face of the end collar 68. In the illustrated control position of the control collar 64 blocks the pressure medium connection between the control line 32 and the control line 56, which opens into the control chamber 52 of the fail-safe valve 44. This is connected via the nozzle 54 with the pressure line leading to the pump pressure 36.
  • valve spool 26 In an adjustment of the valve spool 26 from the control position shown in Figure 5 to the left over a control edge 70 of the control collar 64, a pressure medium connection between the pressure line 36 and the control line 32 is opened.
  • a further control channel is correspondingly provided.
  • te 72 a pressure medium connection between a connected via the in its position (b) fail-safe valve 44 connected to the tank port T channel 74 and the control line 32 is opened.
  • control collar 64 blocks the control line 56 both to the channel 74 and the control line 32 out, so that in the control chamber 52, the pressure in the pressure line 36 is applied and thus according to the valve body 48 of the fail-safe valve 44th is shifted to the left from the control position according to Figure 5 until it runs onto the stop 58.
  • This adjustment in the fail-safe function takes place against the force of the return spring 20, which engages via a spring plate 76 at an end portion of the valve body 48.
  • the control spring 50 acts on this end portion and acts on the valve body 48 in the opposite direction, that is, in the direction of enlargement of the control chamber 52.
  • the channel 74 is connected via the port B of the valve 44 to tank T.
  • the return spring 20 is supported in the embodiment of Figures 5 and 6 also on the actuating piston 16 from.
  • two control grooves 82, 84 of the valve body 48 are formed via two annular grooves 78, 80 in the illustrated control position, the pressure medium connection of the channel 74 to the tank port T or to the pressure line 36 through out in the region of the annular groove 78 in the Valve bore of the fail-safe valve 44 opens.
  • the control edge 82 the pressure medium connection between see the pressure line 36 and the channel 74 and controlled by the control edge 84, the pressure medium connection between the tank port T and the channel 74.
  • valve slide 48 of the fail-safe valve 44 is located on an end face opposite the pressure chamber 52 on a surface of the same size as the pressure chamber 52 is acted upon by the pressure prevailing in the adjusting chamber 18 of the adjusting cylinder 8 and in a spring chamber 86.
  • the valve slide 26 of the control valve 24 is moved to a position in which the connection FS and thus also the pressure chamber 52 are connected to the connection A.
  • the valve spool 48 is thus pressure balanced.
  • the fail-safe valve In normal operation, the fail-safe valve is in the position (b), since the connection FS is shut off by the control valve 24, which is in the positions (d) and (e9) , while in the spring chamber 86, the actuating pressure prevailing in the adjusting chamber 18 of the actuating cylinder 8 is present, which, because the actuating chamber 18 of the actuating cylinder 8 is substantially larger than the pressure chamber 14 in the counter-cylinder 6, substantially smaller than the pump pressure then let 18 flow of pressure medium from P via A of the adjusting chamber 18 or displace from A to T pressure medium from the adjusting chamber 18.
  • the hydrostatic that is, the axial piston machine, controlled by a desired-actual comparison in the desired pivot angle position.
  • a non-illustrated pivoting angle sensor is required, which receives the current pivot angle of the pivoting cradle 4, so that then via the control unit, a corresponding signal to the control valve 24, more precisely its proportional solenoid 28 can be dispensed.
  • the control chamber 18 is connected via the control valve 24 to the output of the fail-safe valve 44.
  • This controls the axial piston machine in the desired fail-safe pivoting angle position, which is predetermined in principle by the force of the fail-safe spring 50.
  • a disadvantage of this solution is that in case of failure of the swivel angle sensor emergency operation is no longer possible - the axial piston machine is then torque-free and a vehicle operated with it stops or rolls out.
  • FIG. Figure 7 shows a circuit diagram of an adjusting device 2, the basic structure corresponds to the embodiment shown in Figure 2. Accordingly, the pivot angle of a pivoting cradle 4 is adjusted via a control cylinder 8 and a counter-cylinder 6, wherein via the control valve 24 a control oil connection of the control chamber 18 of the actuating cylinder 8 with the high-pressure leading pressure line 36 or the tank T can be produced to adjust the pivot angle ⁇ .
  • the control valve 24 is associated with the fail-safe valve 44, which is acted upon on the one hand by the pressure in the control chamber 52 and the force of the fail-safe spring 50 and on the other hand by the force of the return spring 20. Their bias is dependent on the pivot angle and coupled, for example via a suitable mechanism with the opposed piston 10.
  • control valve 24 In the normal function of the swivel weighing adjustment, the control valve 24 assumes its explained control position, in which the pressure in the pressure line 56 rests in the control chamber 52, so that the fail-safe valve is biased into its illustrated position (b). In a cable break, the control valve 24 is moved by the force of the control spring 30 in its fail-safe position (c), so that the control chamber 52 is relieved of pressure and a pivot angle of the pivoting cradle 4 is set, which is about the Gleich Eisenge- weight of the return spring 20 corresponds to the fail-safe spring 50.
  • a special feature of the embodiment shown in Figure 7 is that the control valve 24 is supported against the force of the control spring 30 via a return spring 108 at the pivot angle of the pivoting cradle 4 transmitting mechanism 1 10.
  • both the return spring 108 and the return spring 20 are supported on a common spring plate 1 12. Accordingly, in a cable break, the control valve 24 is adjusted to a position which depends on the equilibrium of forces between the control spring 30 and the return spring 108.
  • the proportional magnet 28 is designed as a pulling magnet.
  • An advantage of such a solution is that only a single-acting proportional magnet 28 must be used, so that the device complexity compared to solutions in which a double-acting proportional solenoid or both sides each single-acting proportional magnets are used, is significantly reduced.
  • Another advantage is that in case of failure of the swivel angle sensor, the axial piston can still be operated with slightly lower control accuracy.
  • the solution according to FIG. 7 permits in normal operation the same control as in the previously described exemplary embodiments of the electronic swivel angle control loop with swivel angle sensor. In the event of failure of the swivel angle sensor, a redundancy is given and it can be driven further electroproport- tional, of course, no electrically superimposed control is possible.
  • the fail-safe valve 44 is essentially displaced by the high pressure acting in the control chamber 52 into the position indicated by (b), in which the connection of the pressure line 36 to the inlet of the control valve 24 is turned on.
  • this control chamber 52 is relieved via a control edge of the control valve 24 to the tank T out, so that the pivoting cradle 4 via the fail-safe valve 44 in one of the equilibrium of forces between the return spring 20 and the fail-safe spring 50 dependent pivot position is adjusted.
  • the pressure relief of the control chamber 52 takes place via the control valve 24 and does not succeed completely, as always a small
  • an auxiliary valve 14 which activates the fail-safe valve 44 in the fail-safe function and, as it were, "switches off" during normal operation of the adjusting device Substantially that of the above-described embodiments, wherein in the switching symbols control positions (f) and (g) of the fail-safe valve 44 and the control valve 24 are drawn in.
  • valve body 48 of the fail-safe valve 44th is not acted upon by a control pressure but only by the force of the return spring 20 and the fail-safe spring 50, so that in the fail-safe position, only the spring forces are effective and the disturbance mentioned above can not occur Locking position (s) of the control valve 24th
  • the additional auxiliary valve 1 14 is executed in the illustrated embodiment as a continuously adjustable 3-way valve. In principle, however, it can also be designed as a switching valve.
  • a pressure branch line 36 ' From the pressure line 36 branches off a pressure branch line 36 ', which is guided to a pressure connection P of the auxiliary valve 1 14.
  • a port T is connected to the output port B of the fail-safe valve.
  • An output terminal C of the auxiliary valve 1 14 is in control oil connection with a port P of the control valve 24.
  • the output port A of the control valve 24 is connected to the control chamber 18, while the pressure chamber 14 of the counter-cylinder 6 directly with the pressure branch line 36 ' connected is. The latter is also connected via the nozzle 54 to the terminal FS of the control valve 24.
  • valves 44, 1 14 and 24 are each shown in their control position - as explained, this representation does not correspond to reality but is only to simplify the readability of the drawing.
  • the auxiliary valve 1 14 has a control chamber 1 16, which is connected to the pressure branch line 36 ', so that in this control chamber 1 16, the high pressure is effective. Its force and the effective surface of the control chamber 1 16 are tuned to each other, that in normal operation of the adjusting device 2, the auxiliary valve 1 14 is adjusted in its marked with (h) position in which the Port P of the auxiliary valve 1 14 is connected to the pressure port P of the control valve 24. In this position, the pressure medium connection to the output terminal B of the fail-safe valve 44 is disabled so that it is deactivated. Plotted in FIG.
  • a control position (i) of the auxiliary valve 1 14 and a switchover position (j) set in the fail-safe case are also shown, in which the output port C of the auxiliary valve 1 14 is connected to the port T and thus a control oil connection is made to the output terminal B of the fail-safe valve.
  • the valve spool of the control valve 24 is adjusted by the force of the control spring 30 in its fail-safe position (c), so that correspondingly the control chamber 1 16 is connected to the tank port T of the control valve and thus depressurized, this pressure relief is possible because the control chamber 1 16 downstream of the nozzle 54 is arranged.
  • the auxiliary valve 1 18 is switched to the position (j), so that the output terminal A of the control valve 24 via the pressure port P, the output terminal C of the auxiliary valve 1 14 and the terminal T to the output B of the fail-safe Control valve 44 is connected, being set over this one position of the pivoting cradle 4, which depends on the balance of forces of the springs 20, 50.
  • the activation of the fail-safe axis is thus carried out in contrast to the previously described embodiments via the separate auxiliary valve 1 14, which unanimpl- lig against pulsations in the high pressure area.
  • auxiliary valve 1 14 About the auxiliary spring 1 18, a certain Vorhaltetik be set, from which the fail-safe valve 44 is activated.
  • This reserve pressure is preferably between the tank pressure level and the minimum high pressure in normal operation.
  • the functions "activation of the fail-safe mode" and “rules in the fail-safe mode” are disconnected in this embodiment. Such a control concept is largely unaffected by pressure pulsation.
  • the auxiliary valve 1 14 is placed in the vicinity of the fail-safe valve 44 in order to keep the pressure loss in the connecting line between the terminals B and T low. However, because of the mentioned low holding pressure in the auxiliary valve 1 14, this is not absolutely necessary. Also in this embodiment, a single-acting proportional solenoid 28 may be provided for the control valve 24.
  • FIG. 9 shows a concrete solution of the embodiment of Figure 8, wherein the structure of the control valve 24 largely corresponds to that of the embodiment shown in Figure 5.
  • the control valve 24 has a valve spool 26 with the two end collars 66, 68 and the central control collar 64, on which the two control edges 70, 72 are formed.
  • the two control edges 70, 72 throttle the pressure medium connection between the ports A, P and A, T at.
  • the control oil connection to the connection T takes place via the axial bore section 104, which opens into the annular space between the control collar 64 and the end collar 68.
  • a relief bore to the tank can open directly into the valve bore with the valve slide 24, as indicated by dashed lines in Figure 9.
  • the auxiliary valve 1 14 has a slide 120 with two Endbunden 122, 124 and an approximately central control collar 126, the two control edges 128, 130 has. As explained, in the representations according to FIGS. 8 and 9, the auxiliary valve 14 is also shown in a control position in which the two control edges 128, 130 connect the outlet port C of the auxiliary valve 14 to the pressure port P and the tank port T in a throttled manner.
  • the pressure port P is in fluid communication with the pressure line 36, the tank port T is connected via a short channel to the port B of the failing Safe valves 44 connected. Similar to the embodiment shown in Figure 5, this two annular grooves 78, 80, between which a control collar with two control edges 82, 84 remains.
  • the end collar 124 defines the control chamber 1 16, which is in fluid communication with the port FS of the control valve 24.
  • This control chamber 1 16 is connected via the nozzle 54 to the pressure line 36.
  • the auxiliary spring 1 18 acts, which is received on an end face of a spring chamber 132.
  • valve body 48 of the fail-safe valve 44 is shown in its control position, in which the two control edges 82, 84 a throttled connection of the output terminal B with the tank port T and the pressure port P control, which is connected to the pressure line 36.
  • valve body 48 is acted upon on the one hand via the spring plate 76 by the return spring 20 and on the other hand by the fail-safe spring 50,
  • valve spool 26 of the control valve 24 is shifted by the control spring 30 in the illustration of FIG 9 to the right, so that the control edge 70 controls the Steuerolfact between the terminals A and P and formed by the end collar 68 control edge Pressure medium connection of the connection FS to the tank T opens.
  • the control chamber 1 16 is then connected to the tank T, so that the slider 120 of the auxiliary valve 1 14 is moved by the force of the auxiliary spring 1 18 from the position shown in Figure 9 to the right, in which the control edge 128, the pressure medium connection of the Input terminal P of the control valve 24 auf mortt with the output terminal B of the fail-safe valve 44.
  • the pivoting cradle 4 is then adjusted to a pivoting position, which is essentially determined by the force equilibrium of the springs 20 and 50.
  • the invention explained with reference to the exemplary embodiments enables in normal operation a virtually undisturbed regulation by means of the electronic swivel angle control circuit wherein the swivel cradle can be provided with a swivel angle sensor.
  • the disturbing in conventional solutions force of the return spring 20 acts only on the fail-safe valve 44, which is separated hydraulically from the control chamber of the actuating cylinder in normal operation. In this way it is possible to perform the adjustment of the pivoting cradle with increased dynamics at a lower magnetic force level.
  • the invention can also be used in particular in so-called hybrid vehicles, for example in a passenger car, with an internal combustion engine and a hydraulic drive train including hydraulic pump, hydraulic accumulator and / or hydraulic motor between the internal combustion engine and an axle.
  • the hydrounits can be equipped with an adjusting device according to the invention.
  • a fail-safe valve is provided in addition to a control valve, via which the hydrostatic machine is adjusted to a predetermined delivery / displacement volume in the fail-safe function.

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Abstract

Offenbart sind eine Verstelleinrichtung für eine hydrostatische Maschine und eine mit einer derartigen Verstelleinrichtung ausgeführte hydrostatische Maschine. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu einem Regelventil eine Fail-Safe-Ventil vorgesehen, über das in der Fail-Safe-Funktion die hydrostatische Maschine auf ein vorbestimmtes Förder-/Schluckvolumen mechanisch verstellt wird.

Description

Versteileinrichtung für eine hydrostatische Maschine und hydrostatische
Maschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Versteileinrichtung für eine hydrostatische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine mit einer derartigen Versteileinrichtung ausgeführte hydrostatische Maschine.
Eine derartige hydrostatische Maschine kann beispielsweise eine Verstellpumpe in Axialkolbenbauweise sein, bei der ein Fördervolumenstrom durch Verändern eines
Schwenkwinkels einer Schrägscheibe verstellt wird. Der Grundaufbau einer derartigen Versteileinrichtung zur elektroproportionalen Schwenkwinkelregelung ist in der
DE 10 2008 038 435 A1 gezeigt. Dabei wird die Schrägscheibe von einem Stellkolben eines Stellzylinders in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels und von einem Gegenkolben eines Gegenzylinders in Richtung einer Verringerung des Schwenkwinkels beaufschlagt. Der Gegenkolben ist stets mit Hochdruck beaufschlagt, während über ein elektrisch angesteuertes proportional verstellbares Regelventil einer Stellkammer des Stellzylinders Steueröl zugeführt oder aus dieser zum Tank abgeführt werden kann. Über einen Proportionalmagneten des Regelventils kann so der Schwenkwinkel in einem übergeordneten Regelkreis geregelt werden. Ein Ventilschieber des Regelventils steht über eine Rückführfeder in Wirkverbindung mit dem Stellkolben. Diese Rückführfeder stellt eine Störkraft dar, die die Kraftreserve des Proportionalmagneten verringert. Um eine hohe Verstelldynamik zu erreichen, ist es erforderlich, den Ventilschieber des Regelventils zu übersteuern, was in der Regel jedoch nur in begrenzten Umfang möglich ist, so dass entsprechend die Dynamik der Verstellung durch die Rückführfeder negativ beeinflusst ist. Bei dieser Lösung ist die Versteileinrichtung mit einer Fail-Safe-Funktion ausgeführt, bei der die Schrägscheibe im Störfall, beispielsweise bei einem Kabelbruch am Regelventil in eine vorbestimmte Position verschwenkt wird. Dies erfolgt bei der bekannten Lösung über die Rückführfeder und eine entgegengesetzt wirkende Gegenfeder, die in einem Kräftegleichgewicht den Ventilschieber in eine Fail-Safe-Position verstellen, so dass sich in der Stellkammer ein entsprechender Stelldruck einstellt.
Bei ausgeschalteter Stromversorgung und drucklosem Verstellsystem schwenkt die Schrägscheibe durch Federkraft in Richtung des maximalen Fördervolumenstroms aus.
In der DE 197 24 870 ist eine Versteileinrichtung offenbart, mit der eine elektrohydrauli- sche Regelung des Druckes und des Fördervolumenstroms einer Axialkolbenpumpe möglich ist. Eine derartige Regelung wird auch als DFE-Regelung bezeichnet. Der prinzipielle mechanische Aufbau einer derartigen Versteileinrichtung entspricht demjenigen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Die Verstellung des Schwenkwinkels erfolgt dabei ebenfalls über ein Regelventil, wobei bei einem Störfall über eine Fail- Safe-Regelung die Axialkolbenpumpe auf einen bestimmten Druck und nicht wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf einen vorbestimmten Schwenkwinkel, eingeregelt wird. Eine derartige Lösung erfordert einen erheblichen vorrichtungs- und regelungstechnischen Aufwand, wobei im Falle eines Kabelbruchs die Fail-Safe- Druckregelung nicht immer gewährleistet ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Versteileinrichtung und eine mit einer derartigen Versteileinrichtung ausgeführte hydrostatische Maschine zu schaffen, die bei geringem vorrichtungstechnischen Aufwand mit hoher Dynamik verstellbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Versteileinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine hydrostatische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß hat die VerStelleinrichtung für eine hydrostatische Maschine einen Stellkolben zum mittelbaren oder unmittelbaren Verstellen eines Hubvolumens (des Fördervolumens im Betrieb als Pumpe, des Schluckvolumens im Betrieb als Motor) der hydrostatischen Maschine. Dieser Stellkolben begrenzt eine Stellkammer, in der über ein elektrisch oder elektrohydraulisch verstellbares Regelventil ein Stelldruck einregelbar ist. Erfindungsgemäß ist zusätzlich zum Regelventil ein Fail-Safe-Ventil vorgesehen, über das der Stellkolben bei einer Störung vorzugsweise mechanisch, mit anderen Worten ohne elektrische Unterstützung, in eine vorbestimmte Position zurückstellbar ist. Dabei wird über das Regelventil im Normalbetrieb der Stelldruck in der Stellkammer und damit der Schwenkwinkel der hydrostatischen Maschine geregelt, während im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Kabelbruch der Stellkolben und damit auch die Schrägscheibe der hydrostatischen Maschine in eine vorbestimmte Position zurückgestellt wird.
Das Regelventil wird dabei derart ausgelegt, dass es im Hinblick auf das Regelverhalten und die hierfür erforderliche Verstelldynamik optimiert ist, während die Rückstellung im Fail-Safe-Fall über das entsprechend ausgelegte Fail-Safe-Ventil erfolgt. Eine derartige Lösung zeichnet sich durch minimalen vorrichtungstechnischen Aufwand bei hoher Regeldynamik aus.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat das Fail-Safe-Ventil einen Eingangs- anschluss, der mit Hochdruck verbunden ist, einen mit Niederdruck verbundenen Tank- anschluss und einen Ausgangsanschluss, der mit einem Eingangsanschluss des Rückschlagventils verbunden ist.
Das Fail-Safe-Ventil ist vorzugsweise als stetig verstellbares Ventil ausgeführt und über eine Rückführfeder und die Regelfeder in eine Grundposition vorgespannt. Die die Regeldynamik des Regelventils bestimmende Rückführfeder ist bei der erfindungsgemäßen Lösung in das Fail-Safe-Ventil integriert und bestimmt somit im Normalbetrieb nicht mehr das Regelverhalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Regelventil mit einer Fail-Safe-Position ausgeführt ist, die im Fehlerfall eingenommen wird und in der der Ausgangsanschluss des Fail-Safe-Ventils mit der Stellkammer verbunden ist, so dass in dieser über das Fail-Safe-Ventil ein Druck eingeregelt wird, um die Schrägscheibe in ihre vorbestimmte Fail-Safe-Position zu verstellen.
Ein Ventilkolben des Fail-Safe-Ventils kann in der Wirkrichtung der Rückführfeder mit dem Druck in der Stellkammer beaufschlagt sein. Wie eingangs erläutert, stellt das Regelventil eine Steuerölverbindung der Stellkammer mit dem Hochdruck oder dem Niederdruck (Tank) her, so dass Steueröl der Stellkammer zugeführt oder aus dieser abgeführt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat das Fail-Safe-Ventil einen Steuerraum, der in der Regelposition des Regelventils mit Hochdruck beaufschlagt ist. In der Fail-Safe- Funktion ist der bewegliche Ventilkörper des Fail-Safe-Ventils druckausgeglichen. Dies kann vom Grundsatz her dadurch geschehen, dass Hochdruck in einen weiteren Steuerraum gegeben wird und dieser Druck die von dem Druck im ersten Steuerraum ausgeübte Kraft kompensiert. Bevorzugt ist jedoch in der Fail-Safe-Position des Regelventils der zuvor mit Hochdruck beaufschlagte Steuerraum des Fail-Safe Ventils mit Niederdruck beaufschlagt.
Bei einer derartigen Variante wird es bevorzugt, wenn der Steuerraum über eine Düse oder dergleichen mit Hochdruck verbunden ist.
Das Fail-Safe-Ventil kann mit einem Anschlag ausgeführt sein, auf den der Ventilkolben des Fail-Safe-Ventils im Normalbetrieb des Regelventils aufläuft.
Die Versteileinrichtung hat bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Gegenzylinder, dessen Gegenkolben im Sinne einer Verstellung des Förder-/Schluckvolumens einer hydrostatischen Maschine entgegen zum Stellkolben wirkt, wobei die Rückführfeder mit dem Gegenkolben in Wirkverbindung steht. Dementsprechend wird die Rückführfeder in Abhängigkeit von der Bewegung des Gegenkolbens gespannt oder entspannt. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch das Regelventil mit einer Rückführfeder ausgeführt, die ebenfalls in der vorbeschriebenen Weise in Wirkverbindung mit dem Gegenkolben steht, so dass bei minimaler Baulänge auch eine zuverlässige Rückführung des Regelventils ermöglicht ist. Bei dieser Variante reicht ein einfach wirkender Magnetaktor zur Verstellung des Regelventils aus.
Der Aufbau ist besonders einfach, wenn beide Rückführfedern an einem gemeinsamen Federteller abgestützt sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsventil vorgesehen, das das Fail- Safe-Ventil in einer Position funktional wegschaltet und in der Fail-Safe-Funktion zuschaltet, so dass es die beschriebene Wirkung entfalten kann.
Das Hilfsventil kann bei einer Variante derart ausgeführt sein, dass es in einer Richtung vom Druck in einer Hilfskammer und in Gegenrichtung von einer Feder beaufschlagt ist. Dabei ist vorgesehen, dass in einer Fail-Safe-Position des Regelventils die Hilfskammer zu einem Tank oder Niederdruck hin entlastet ist, so dass dann eine Steuerölverbin- dung zwischen dem Fail-Safe-Ventil und dem Regelventil geöffnet ist. In einer Regelposition des Regelventils ist die Hilfskammer mit Hochdruck beaufschlagt, so dass die Steuerölverbindung zwischen dem Regelventil und dem Fail-Safe-Ventil unterbrochen ist und letzteres deaktiviert wird.
Das Hilfsventil ist idealerweise als Sitzventil ausgeführt, damit die Leckage zwischen Hochdruck und Niederdruck im Regelzustand sehr gering ist.
Wie oben ausgeführt, zeichnet sich eine mit einer derartigen Versteileinrichtung ausgeführte hydrostatische Maschine mit einer verbesserten Regeldynamik und durch einen verringerten vorrichtungstechnischen Aufwand und somit vergleichsweise geringe Herstellkosten aus.
Diese hydrostatische Maschine ist vorzugsweise als über Null verschwenkbare Axialkolbenmaschine ausgeführt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die hydrostatische Maschine druck- und förderstromgeregelt -(DFE-Regelung). Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schema- tischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Maschine mit einer erfindungsgemäßen Versteileinrichtung, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer hydrostatischen Maschine,
Figur 3 eine konkrete Ausführung einer Versteileinrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels,
Figur 4 einen Schnitt durch eine Hauptachse der Versteileinrichtung gemäß Figur 2,
Figur 5 eine konkrete Lösung einer Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2,
Figur 6 einen Schaltplan zum dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 7 einen Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels,
Figur 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einem Hilfsventil und
Figur 9 eine konkrete Lösung des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Figur 8.
Figur 1 zeigt ein Schaltschema einer hydrostatischen Maschine, genauer gesagt einer über Null verschwenkbaren Axialkolbenpumpe 1 , deren Schwenkwinkel über eine erfindungsgemäße Versteileinrichtung 2 verstellbar ist. Diese hat einen Gegenzylinder 6, der eine Schwenkwiege 4 der Axialkolbenpumpe in einer Verstellrichtung beaufschlagt und einen Stellzylinder 8 mit einem Stellkolben 9, der in Gegenrichtung auf die Schwenkwiege 4 wirkt.
Der Gegenzylinder 6 hat einen Gegenkolben 10, der über eine Gegenfeder 12 im Sinne einer Verkleinerung eines Druckraums 14 beaufschlagt ist. Wie im Folgenden noch näher ausgeführt, ist dieser Druckraum 14 mit dem Druck an einem Ausgangsanschluss P der Axialkolbenpumpe 1 beaufschlagt. Der Stellzylinder 8, dessen wirksamer Querschnitt wesentlich größer als der entsprechende Querschnitt des Gegenzylinders 6 ist, hat einen Stellkolben 16, der eine Stellkammer 18 begrenzt und der über eine Rückführfeder 20 im Sinne einer Vergrößerung des Druckraums 18 und somit einer Verringerung des Schwenkwinkels (Fördervolumenstroms) der Axialkolbenpumpe 1 beaufschlagt ist. In Gegenrichtung wirkt auf den Stellkolben 16 eine Stellfeder 22, die den Stellkolben 16 somit im Sinne einer Vergrößerung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege 4 beaufschlagt. Die beschriebene Federanordnung (Federn 12, 18 und 22) ist so ausgelegt, dass in stromlosem Zustand der elektrohydraulischen Versteileinrichtung 2 und bei keinem Druck am Ausgangsanschluss P der Axialkolbenpumpe 1 (Pumpe nicht angetrieben) der Schwenkwinkel 8 auf einen vorbestimmten Wert (Nullhubbetrieb) eingeregelt wird, der etwa im Bereich von 4 Prozent bis 8 Prozent des maximalen Schwenkwinkels liegen kann. Bei angetriebener Pumpe wirkt der Pumpendruck im Druckraum 14 - die Schwenkwiege 4 wird ausgeschwenkt.
Im Normalbetrieb der Axialkolbenpumpe 1 wird über ein Regelventil 24 Druckmittel der Stellkammer 18 zugeführt und aus der Stellkammer 18 abgelassen. Das Regelventil 24 ist als stetig verstellbares Proportionalventil ausgeführt, wobei ein Ventilschieber 26 über einen Proportionalmagneten 28 gegen die Kraft einer Regelfeder 30 verstellbar ist. Das Regelventil 24 hat einen Ausgangsanschluss A, einen Druckanschluss P und einen Tank - oder Niederdruckanschluss T. Der Ausgangsanschluss A ist über eine Steuerleitung 32 mit der Stellkammer 18 verbunden. Der Tankanschluss T ist mit einem Tank 34 verbunden. Der Druckanschluss P ist über eine Druckleitung 36 mit einer an den Druckanschluss P der Axialkolbenpumpe 1 angeschlossenen Pumpenleitung 38 verbunden. Diese mündet auch in einen Hochdruckspeicher 40 ein, der somit von der Axialkolbenpumpe 1 geladen werden kann. Der Hochdruckspeicher 40 wird so ausgelegt, dass auch bei einem Absperren des Druckanschlusses der Axialkolbenpumpe 1 noch genügend Druck zur Verfügung steht, um die Schwenkwiege 4 in ihre Sollposition zurück zu verschwenken. Anstelle zu einem Hochdruckspeicher 40 kann die Pumpe 1 Druckmittel auch zu einem anderen hydraulischen Verbraucher, zum Beispiel zu einem Hydrozylinder oder zu einem Hydromotor fördern.
Von der Druckleitung 36 zweigt eine Leitung 42 ab, die in den Druckraum 14 des Gegenzylinders 6 einmündet, so dass in diesem stets der Druck, der in der Druckleitung 36 beziehungsweise in der Pumpenleitung 38 herrscht, also der Pumpendruck wirkt.
Die Versteileinrichtung 2 ist mit einer zweiten Ventilachse ausgeführt, die im Folgenden als Fail-Safe-Ventil 44 bezeichnet wird und als Proportional-Wegeventil ausgeführt ist. Dieses hat einen Ausgangsanschluss B, der über einen Leitungsabschnitt 46 mit einem Fail-Safe-Anschluss FS des Regelventils 24 verbunden ist. Das Fail-Safe-Ventil 44 hat des Weiteren einen mit der Druckleitung 36 verbundenen Druckanschluss P und einen mit dem Tank 34 verbundenen Tankanschluss T. Die Rückführfeder 20 beaufschlagt einen Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 in Richtung der mit (a) gekennzeichneten Positionen, während eine in Gegenrichtung wirkende Regelfeder 50 den Ventilkörper 48 in Richtung der mit (b) gekennzeichneten Positionen beaufschlagt.
Bei unbestromtem Proportionalmagneten 28 ist der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 in eine in Figur 1 mit (c) gekennzeichnete Position vorgespannt, die im Folgenden als Fail-Safe-Position bezeichnet ist. In dieser Fail-Safe-Position (c) ist der Anschluss FS mit dem Anschluss A des Regelventils verbunden, so dass die Stellkammer 18 des Stellzylinders 8 mit dem Ausgangsanschluss B des Fail-Safe-Ventils 44 verbunden ist. Dieses befindet sich in seiner Regelposition, wenn Kräftegleichgewicht im Hinblick auf die von der Rückführfeder 20 und der Regelfeder 50 auf den Ventilkörper 48 ausgeübten Kräfte besteht. In dem Fall, in dem die Kraft der Rückführfeder 20 zu hoch ist, wird das Fail-Safe-Ventil 44 in Richtung seiner mit (a) gekennzeichneten Position verstellt, so dass der Stellkammer 18 vom Druckanschluss P des Fail-Safe-Ventils 44 Druckmittel zufließt und somit der Schwenkwinkel der Schwenkwiege 4 zurückgestellt und in entsprechender Weise die von der Rückführfeder 20 aufgebrachte Federkraft verringert wird. Im umgekehrten Fall, wenn die von der Rückführfeder 20 aufgebrachte Kraft geringer als die von der Regelfeder 50 aufgebrachte Kraft ist, wird das Fail-Safe-Ventil 44 in Richtung seiner mit (b) gekennzeichneten Positionen verstellt und dadurch der Ausgangsanschluss B mit dem Tankanschluss T verbunden, so dass die Stellkammer 18 mit dem Tank verbunden ist und entsprechend Druckmittel aus ihr ausgeschoben wird. Die Schwenkwiege 4 schwenkt aus so dass die Rückführfeder 20 entsprechend gespannt wird, bis sich das Fail-Safe-Ventil 44 in seiner Regelposition befindet und somit Kräftegleichgewicht zwischen den Federn 20 und 50 herrscht.
Wie oben erläutert, erfolgt diese Fail-Safe-Regelung nur dann, wenn das Regelventil 24 in seine Fail-Safe-Position (c) verstellt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Kabelbruch am Regelventil 24 auftritt und somit eine Verstellung über den Proportionalmagnet 28 nicht mehr möglich ist. Im Normalbetrieb bei ordnungsgemäßer Funktion der Ansteuerung des Regelventils 24 wird dieses in Richtung seiner Positionen verstellt, die mit den Buchstaben (d) und (e) gekennzeichnet sind. Die Regelposition, in der zwischen den Anschlüssen P, T und A Nullüberdeckung oder eine kleine positive oder negative Überdeckung besteht, stellt sich ein, wenn Kräftegleichgewicht zwischen der vom Proportionalmagneten 28 und von der Regelfeder 30 aufgebrachten Kraft herrscht. Bei Abweichungen von diesem Kräftegleichgewicht wird der Ventilschieber 26 entweder in Richtung der mit (d) gekennzeichneten Stellungen verstellt, in der der Druckanschluss P mit dem Ausgangsanschluss A verbunden ist und somit der Schwenkwinkel der
Schwenkwiege 4 verringert wird. Bei einer Verstellung in Richtung der mit (e) gekennzeichneten Stellungen wird in umgekehrter Weise der Ausgangsanschluss A mit dem Tankanschluss T verbunden, so dass sich in entsprechender Weise der Schwenkwinkel vergrößert bis Kräftegleichgewicht anliegt. Somit kann durch entsprechende Bestro- mung des Proportionalmagneten 28 der Schwenkwinkel der Pumpe 1 vergrößert (Magnetkraft größer Federkraft in Mittelstellung zwischen Stellung (d) und Stellung (e)), verkleinert (Magnetkraft kleiner Federkraft in Mittelstellung) oder beibehalten (Magnetkraft gleich Federkraft in Mittelstellung) werden.
Das Fail-Safe-Ventil 44 bewegt sich in diesem Normalbetrieb aufgrund der Veränderung der Federkraft der Rückführfeder 20 mit, da in den Positionen (d) und (e) des Regelventils 24 der Fail-Safe-Anschluss FS abgesperrt ist, bleibt diese Bewegung des Fail-Safe- Ventils 44 im Normalbetrieb hydraulisch ohne Auswirkung. Diese stetige Bewegung des Fail-Safe-Ventils 44 hat den Vorteil, dass dieses nicht„einfriert", wenn von der Fail- Safe-Funktion über längere Zeit kein Gebrauch gemacht wird.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass im beschriebenen Normalbetrieb die Dynamik des Regelventils 24 durch die Rückführfeder 20 nicht beeinflusst ist, so dass eine Verstellung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege 4 mit hoher Dynamik ermöglicht ist.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die ständige Verstellung des Fail-Safe- Ventils 44 während des Normalbetriebes unterbunden ist. Der Grundaufbau des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 entspricht weitgehend demjenigen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels, so dass im Wesentlichen nur auf die sich unterscheidenden Bauelemente eingegangen wird. Wie beim zuvor beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiel ist die hydrostatische Maschine beispielhaft als Axialkolbenpumpe 1 ausgeführt, deren Schwenkwiege 4 über den Verstellmechanismus 2 mit einem Stellzylinder 8 mit Stellkoben 16 und einem Gegenzylinder 6 mit Gegenkolben 10 verstellbar ist. Wie angedeutet, ist die Axialkolbenpumpe 1 über Fördervolumen null verschwenkbar, wobei sie bei Schwenkwinkeln kleiner null als Motor arbeitet und deshalb allgemeiner auch als Axialkolbenmaschine oder Axialkolbeneinheit bezeichnet werden kann. Der Druckraum 14 des Gegenzylinders 6 ist mit Hochdruck beaufschlagt. Der Druck in der Stellkammer 18 des Stellzylinders 8, der einen wesentlich größeren Querschnitt als der Gegenzylinder 6 hat, stellt sich wird im Normalbetrieb entsprechend des über das Regelventil 24 zugeführten und abfließenden Druckmittels entsprechend der augenblicklichen Last ein. Wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel hat das Regelventil 24 einen Druckanschluss P, einen Fail-Safe-Anschluss FS und einen Ausgangsan- schluss A sowie einen weiteren Tankanschluss T. Das Regelventil 24 lässt sich über den Proportionalmagneten 28 in Richtung der mit (d) und (e) gekennzeichneten Positionen verstellen, wobei in den Positionen (d) die Verbindung zwischen A und T aufgesteuert wird, während in den Positionen (e) der Druckanschluss P mit dem Ausgangs- anschluss A verbunden wird. Bei einem Kabelbruch wird das Regelventil 24 durch die Kraft der Regelfeder 30 in seine Fail-Safe-Position (c) verstellt, in der der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A und die Anschlüsse FS sowie T miteinander verbunden sind. Das über eine gesonderte Ventilachse realisierte Fail-Safe-Ventil 44 hat einen Druckanschluss P, einen Tankanschluss T und einen Ausgangsanschluss B und ist über die Rückführfeder 20 in Richtung der mit (a) gekennzeichneten Positionen und über die Regelfeder 50 in Richtung der mit (b) gekennzeichneten Positionen beaufschlagt. Zusätzlich in diese Richtung wirkt ein Steuerdruck in einem Steuerraum 52, der über eine Steuerleitung 56 einerseits mit dem Anschluss FS des Regelventils 24 und andererseits über eine Düse 54 mit der Druckleitung 36 verbunden ist. Die Rückführfeder 20 ist zwischen dem Regelkolben des Ventils 44 und dem Gegenkolben 10 eingespannt. In den Positionen (d), (e) des Regelventils 24 ist die Druckmittelverbindung des Anschlusses FS zum Tankanschluss T abgesperrt, so dass entsprechend im Steuerraum 52 der Pumpendruck (Hochdruck) wirkt und somit das Fail-Safe-Ventil 44 in Richtung seiner Position (b) gegen einen Anschlag 58 vorgespannt ist. Das bedeutet, dass in der Normalfunktion der Versteileinrichtung 2 das Fail-Safe-Ventil 44 in seiner Anlageposition am Anschlag 58 in Stellung (b) verbleibt. Bei einer Störung, beispielsweise einem Kabelbruch, wird das Regelventil 24 durch die Kraft der Regelfeder 30 in seine Fail-Safe-Position (c) verstellt. Der Druckraum 52 wird zum Tank T entlastet, so dass der Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 vom Anschlag 58 abhebt und über das Kräftegleichgewicht zwischen den Federn 20, 50 eine vorbestimmte Position des Gegenkolbens 10 und damit des Stellkolbens 16 eingestellt wird, die dem vorgesehenem Schwenkwinkel im Störfall entspricht. Die Düse 54 sorgt in dieser Fail-Safe-Funktion dafür, dass der Druck im Steuerraum 52 abgebaut wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist der Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 in Richtung der Positionen (a) durch die Rückführfeder 20 beaufschlagt, welche mit dem Gegenkolben 10 verbunden ist.
Figur 3 zeigt eine konstruktive Lösung des Regelventils, wie es beispielsweise bei der Variante gemäß Figur 2 eingesetzt werden kann. Der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 ist in einer Ventilbohrung 88 eines Gehäuses 90 des Regelventils 24 (Hauptachse) axial verschiebbar geführt und über die Regelfeder 30 gegen einen Stößel 92 des Proportionalmagneten 28 vorgespannt. Im Gehäuse sind die oben beschriebenen Anschlüsse P, A, T ausgebildet, die radial in die Ventilbohrung 88 einmünden. Angedeutet ist auch der Anschluss FS, der beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 über die Steuerleitung 56 mit dem Steuerraum 52 des Fail-Safe-Ventils 44 verbunden ist. Wie auch aus Figur 3 ersichtlich sind am Ventilschieber 26 der mittige Steuerbund 64 mit den Steuerkanten 70, 72 und die beiden Endbunde 66, 68 ausgebildet. Der linke Endbund 66 liegt mit seiner Stirnseite am Stößel 92 an. An der Stirnfläche des in Figur 3 rechts liegenden Endbundes 68 greift die Regelfeder 30 an, so dass der Ventilschieber 26 stromlos in die in Figur 3 dargestellte Grundposition vorgespannt ist, in der die Steuerkante 70 die Druckmittelverbindung zwischen den Anschlüssen A, P aufsteuert - das Regelventil 24 befindet sich somit in der Fail-Safe-Position (c) gemäß Figur 2. Ein Federraum 94 für die Regelfeder 30 vor der dem Elektromagneten 28 abgewandten Stirnseite des Ventilschiebers 26 sowie ein Raum 98 vor der anderen Stirnseite des Ventilschiebers sind jeweils mit Niederdruck, das heißt mit Tankdruck beaufschlagt, wobei der Raum 98 über eine Abgriffsbohrung 100 in dem Gehäuse 90 mit Tankanschluss T verbunden ist. In entsprechender Weise ist der Federraum 94 mit dem Tank verbunden. Der Anschluss FS mündet in den Federraum 94 ein. Da dieser mit dem Tank verbunden ist, liegt somit in der dargestellten Fail-Safe-Position des Regelventils 24 der Tankdruck am Anschluss FS an, so dass entsprechend der Steuerraum 52 druckentlastet ist.
Bei Betätigung des Proportionalmagneten 28 wird der Ventilschieber 26 durch den Stößel 96 nach rechts verschoben, so dass durch den ebenfalls eine Steuerkante ausbildenden Endbund 98 die Druckmittelverbindung zwischen dem Anschluss FS und dem Tank (Federraum 94) zugesteuert wird und entsprechend sich im Druckraum 52 des Fail-Safe-Ventils 44 Hochdruck aufbaut. Das Regelventil 44 wird dann gegen seinen Anschlag 58 gefahren (Position (b) des Fail-Safe-Ventils 44), so dass am Druckan- schluss P des Regelventils 24 der Pumpendruck anliegt.
Zu Beginn der Verstellung des Ventilschiebers 26 ist der Schwenkwinkel auf seine Fail- Safe-Position eingestellt: Je nach über den Stößel 96 auf den Ventilschieber 26 aufgebrachter Magnetkraft wird dann in der sich einstellenden Regelposition des Stellkolbens 26 ein entsprechender Stelldruck in der Stellkammer 18 eingeregelt. Bei einem Kabelbruch oder dergleichen wird der Ventilschieber 26 durch die Kraft der Regelfeder 30 wieder in die in Figur 4 dargestellte Grundposition (c) zurückverstellt.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Tankdruck im Raum 98 über die Abgriffsbohrung 100 abgegriffen. Es ist außerdem noch eine alternative Lösung angedeutet, gemäß der der Tankdruck zum Raum 98 über eine Radialbohrung 102, einen Axialbohrungsabschnitt 104 und eine Schrägbohrung 106 des Ventilschiebers 26 abgegriffen werden kann. Dann ist keine komplexe Gehäusebearbeitung zur Ausbildung der Abgriffsbohrung 100 erforderlich.
Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Schema der zuvor beschriebenen Ausführung. Man erkennt das von dem Proportionalmagneten 28 betätigte Regelventil 24, dessen Ventilschieber 26 stirnseitig druckausgeglichen ist, wobei beide Stirnflächen beispielsweise mit Tankdruck beaufschlagt sind und über die Axialbohrung 104 miteinander in Druckmittelverbindung stehen. Hier ist der Ventilschieber 26 in seiner Regelposition gezeigt, in der der Ausgangsanschluss A nullüberdeckt ist. Das Fail-Safe-Ventil 44 ist ebenfalls in seiner Regelposition dargestellt, in der bei der Fail-Safe-Funktion der Druck am Anschluss B des Fail-Safe-Ventils 44 in Abhängigkeit von dem Kräftegleichgewicht zwi- sehen der Rückführfeder 20 und der Regelfeder 50 mechanisch eingeregelt wird. In der Normalfunktion, d. h., beim Regeln des Schwenkwinkels über das Regelventil 24 liegt im Steuerraum 52, der über die Düse 54 abgegriffene Pumpendruck an, so dass der Ventilkörper 48 aus seiner in Figur 5 dargestellten Regelposition nach links verschoben wird. Im Federraum der Rückführfeder 20 liegt gemäß der Darstellung in Figur 5 Tankdruck an.
Bei einem Kabelbruch oder einer sonstigen Störung wird dann - wie bereits erläutert - der Ventilschieber 26 aus der dargestellten Regelposition nach links verschoben, so dass der Steuerraum 52 zum Tank hin entlastet wird und entsprechend der Ventilkörper 48 in seine dargestellte Regelposition verstellt wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 sind der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 und der Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 jeweils in ihrer Regelposition dargestellt, was allerdings, entsprechend den vorstehenden Ausführungen, prinzipiell nicht möglich ist. In der Normalfunktion befindet sich lediglich der Ventilschieber 26 in seiner Regelposition, während in der Fail-Safe-Funktion nur der Ventilkörper 48 in seiner Regelposition arbeitet. Figur 6 zeigt das Ventil 24 in der Fail-Safe-Stellung und das Ventil 44 in der Stellung für den Normalbetrieb.
Gemäß der Darstellung in Figur 5 wird der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 über einen Stößel 62 des Proportionalmagneten 28 gegen die Kraft der Regelfeder 30 verstellt. Der Ventilschieber 26 hat einen mittigen Steuerbund 64, der über zwei Ringnuten von zwei Endbunden 66, 68 beabstandet ist. Am Endbund 66 greift die Regelfeder 30 an, während der Stößel 62 auf eine Stirnfläche des Endbunds 68 wirkt. In der dargestellten Regelposition sperrt der Steuerbund 64 die Druckmittelverbindung zwischen der Steuerleitung 32 und der Steuerleitung 56 ab, die in den Steuerraum 52 des Fail-Safe- Ventils 44 einmündet. Dieser ist über die Düse 54 mit der den Pumpendruck führenden Druckleitung 36 verbunden. Bei einer Verstellung des Ventilschiebers 26 aus der in Figur 5 dargestellten Regelposition nach links wird über eine Steuerkante 70 des Steuerbunds 64 eine Druckmittelverbindung zwischen der Druckleitung 36 und der Steuerleitung 32 aufgesteuert. Bei einem Verschieben des Ventilschiebers 26 in der Darstellung gemäß Figur 5 nach rechts wird in entsprechender Weise über eine weitere Steuerkan- te 72 eine Druckmittelverbindung zwischen einem über das sich in seiner Stellung (b) befindliche Fail-Safe-Ventil 44 mit dem Tankanschluss T verbundenen Kanal 74 und der Steuerleitung 32 aufgesteuert. Diese Stellbewegungen des Ventilschiebers 26 entsprechen des Positionen (e) und (d) in der Darstellung gemäß Figur 6.
In der Regelposition des Regelventils 24 sperrt der Steuerbund 64 die Steuerleitung 56 sowohl zum Kanal 74 als auch zur Steuerleitung 32 hin ab, so dass im Steuerraum 52 der Druck in der Druckleitung 36 anliegt und somit entsprechend der Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 aus der Regelposition gemäß Figur 5 nach links verschoben wird, bis er auf den Anschlag 58 aufläuft. Diese Verstellung in der Fail-Safe-Funktion erfolgt gegen die Kraft der Rückführfeder 20, die über einen Federteller 76 an einem Endabschnitt des Ventilkörpers 48 angreift. Bei dieser Konstruktion greift auch die Regelfeder 50 an diesem Endabschnitt an und beaufschlagt den Ventilkörper 48 in Gegenrichtung, das heißt, in Richtung einer Vergrößerung des Steuerraums 52. In dieser Stellung ist der Kanal 74 über den Anschluss B des Ventils 44 mit Tank T verbunden. Die Rückführfeder 20 stützt sich bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 und 6 außerdem am Stellkolben 16 ab.
In der Fail-Safe-Funktion wird der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 in der Darstellung gemäß Figur 5 durch die Kraft der Regelfeder 30 nach rechts verschoben, so dass über eine Steuerkante 72 die Steuerleitung 32 mit dem Kanal 74 verbunden wird und somit der Ausgang B des Fail-Safe-Ventils 44 über den Kanal 74 und den von der Steuerkante 72 aufgesteuerten Querschnitt mit dem Ausgangsanschluss A des Regelventils 24 verbunden ist. Die Verschiebung des Ventilschiebers 26 ist so groß, dass auch der Kanal 56 und damit der Anschluss FS des Ventils 24 wird mit dem Anschluss A verbunden ist.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden über zwei Ringnuten 78, 80 zwei Steuerkanten 82, 84 des Ventilkörpers 48 ausgebildet, die in der dargestellten Regelposition die Druckmittelverbindung des Kanals 74 zum Tankanschluss T bzw. zur Druckleitung 36 hin bestimmen, die im Bereich der Ringnut 78 in die Ventilbohrung des Fail-Safe- Ventils 44 einmündet. Über die Steuerkante 82 wird die Druckmittelverbindung zwi- sehen der Druckleitung 36 und dem Kanal 74 und über die Steuerkante 84 die Druckmittelverbindung zwischen dem Tankanschluss T und dem Kanal 74 gesteuert.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und den Figuren 2 und 3 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 5 und 6 der Ventilschieber 48 des Fail-Safe-Ventils 44 an einer dem Druckraum 52 gegenüberliegenden Stirnseite an einer gleich großen Fläche wie am Druckraum 52 mit dem in der Stellkammer 18 des Stellzylinders 8 und in einem Federraum 86 herrschenden Druck beaufschlagt. Wie oben erläutert, wird in der Fail-Safe-Funktion der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 in eine Stellung verschoben, in der der Anschluss FS und damit auch der Druckraum 52 mit dem Anschluss A verbunden sind. In der Fail-Safe-Stellung des Regelventils 24 ist der Ventilschieber 48 somit druckausgeglichen. An dem Ventilschieber 48 wirken somit nur die Federn 20 und 50. Im Fail-Safe-Fall wird also durch das Fail-Safe-Ventil 44 ein solcher Schwenkwinkel der Axialkolbeneinheit 1 eingeregelt, in dem in der Regelposition des Ventilschiebers 48 die Kraft der Rückführfeder 20 gleich der Kraft der Regelfeder 50 ist.
Aus Figur 5 ist ersichtlich, dass die Druckleitung 36 unter Umgehung der Ventilbohrung, in der sich der Ventilschieber 48 befindet, direkt zur Ventilbohrung für den Ventilschieber 26 führt. Das Schaltbild nach Figur 6 dagegen ist so gezeichnet, als ob die Druckleitung 36 durch die Bohrung für den Ventilschieber 48 hindurchführt. Funktionell besteht dabei kein Unterschied zwischen den beiden Versionen, solange nur der Ventilschieber 48 nicht von dem Druck direkt in der Druckleitung 36, sondern nur von dem Druck in der Leitung 56 beeinflusst wird.
Im Normalbetrieb befindet sich das Fail-Safe-Ventil in der Stellung (b), da durch das Regelventil 24, das sich in den Stellungen (d) und (e9 befindet, der Anschluss FS abgesperrt ist. In dem Druckraum 52 steht dann der Pumpendruck an, während in dem Federraum 86 der in der Stellkammer 18 des Stellzylinders 8 herrschende Stelldruck ansteht, der, weil die Stellkammer 18 des Stellzylinders 8 wesentlich größer als der Druckraum 14 im Gegenzylinder 6 ist, wesentlich kleiner als der Pumpendruck ist. Das Regelventil 24 kann dann von P über A der Stellkammer 18 Druckmittel zufließen lassen oder von A nach T Druckmittel aus der Stellkammer 18 verdrängen lassen. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Hydrostat, das heißt die Axialkolbenmaschine, über einen Soll-Ist-Vergleich in die gewünschte Schwenkwinkelposition geregelt. Hierzu ist ein nicht näher dargestellter Schwenkwinkelsensor erforderlich, der den aktuellen Schwenkwinkel der Schwenkwiege 4 aufnimmt, so dass dann über die Steuereinheit ein entsprechendes Signal an das Regelventil 24, genauer gesagt dessen Proportionalmagneten 28 abgegeben werden kann. Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Kabelbruch am Proportionalmagneten 28 wird dann die Stellkammer 18 über das Regelventil 24 mit dem Ausgang des Fail-Safe-Ventils 44 verbunden. Dieses regelt dann die Axialkolbenmaschine in die gewünschte Fail-Safe- Schwenkwinkelposition, die im Prinzip durch die Kraft der Fail-Safe-Feder 50 vorgegeben ist. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass bei Ausfall des Schwenkwinkelsensors kein Notbetrieb mehr möglich ist - die Axialkolbenmaschine wird dann momentenfrei und ein damit betriebenes Fahrzeug bleibt stehen bzw. rollt aus.
Dieser Nachteil wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 überwunden. Figur 7 zeigt einen Schaltplan einer Versteileinrichtung 2, deren Grundaufbau dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Demzufolge wird der Schwenkwinkel einer Schwenkwiege 4 über einen Stellzylinder 8 und einen Gegenzylinder 6 eingestellt, wobei über das Regelventil 24 eine Steuerölverbindung der Stellkammer 18 des Stellzylinders 8 mit der den Hochdruck führenden Druckleitung 36 oder dem Tank T herstellbar ist, um den Schwenkwinkel α einzustellen. Dem Regelventil 24 ist das Fail-Safe-Ventil 44 zugeordnet, das einerseits vom Druck im Steuerraum 52 und der Kraft der Fail-Safe- Feder 50 und andererseits von der Kraft der Rückführfeder 20 beaufschlagt ist. Deren Vorspannung ist vom Schwenkwinkel abhängig und beispielsweise über einen geeigneten Mechanismus mit dem Gegenkolben 10 gekoppelt.
In der Normalfunktion der Schwenkwiegenverstellung nimmt das Regelventil 24 seine erläuterte Regelposition ein, bei der im Steuerraum 52 der Druck in der Druckleitung 56 anliegt, so dass das Fail-Safe-Ventil in seine dargestellte Position (b) vorgespannt ist. Bei einem Kabelbruch wird das Regelventil 24 durch die Kraft der Regelfeder 30 in seine Fail-Safe-Position (c) verstellt, so dass der Steuerraum 52 druckentlastet wird und ein Schwenkwinkel der Schwenkwiege 4 eingestellt wird, der etwa dem Kräftegleichge- wicht der Rückführfeder 20 mit der Fail-Safe-Feder 50 entspricht. Eine Besonderheit bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass auch das Regelventil 24 entgegen der Kraft der Regelfeder 30 über eine Rückführfeder 108 an den den Schwenkwinkel der Schwenkwiege 4 übertragenden Mechanismus 1 10 abgestützt ist. Bei der konkreten Lösung sind sowohl die Rückführfeder 108 als auch die Rückführfeder 20 an einem gemeinsamen Federteller 1 12 abgestützt. Dementsprechend wird bei einem Kabelbruch das Regelventil 24 in eine Position verstellt, die vom Kräftegleichgewicht zwischen der Regelfeder 30 und der Rückführfeder 108 abhängt. Bei der dargestellten Variante ist der Proportionalmagnet 28 als ziehender Magnet ausgebildet.
Ein Vorteil einer derartigen Lösung besteht darin, dass lediglich ein einfach wirkender Proportionalmagnet 28 verwendet werden muss, so dass der vorrichtungstechnische Aufwand gegenüber Lösungen, bei denen ein doppelt wirkender Proportionalmagnet oder beidseitig jeweils einfach wirkende Proportionalmagneten verwendet werden, deutlich verringert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei Ausfall des Schwenkwinkelsensors die Axialkolbenmaschine noch mit etwas geringerer Regelgenauigkeit weiter betrieben werden kann. Die Lösung gemäß Figur 7 ermöglicht im Normalbetrieb die gleiche Regelung wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen über den elektronischen Schwenkwinkel-Regelkreis mit Schwenkwinkelsensor. Bei Ausfall des Schwenkwinkelsensors ist eine Redundanz gegeben und es kann weiter elektropropor- tional gefahren werden, wobei natürlich keine elektrisch überlagerte Regelung möglich ist.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird, wie vorstehend erläutert, das Fail-Safe-Ventil 44 im Wesentlichen durch den im Steuerraum 52 wirksamen Hochdruck in die mit (b) gekennzeichnete Position verschoben, in der die Verbindung der Druckleitung 36 zum Eingang des Regelventils 24 durchgeschaltet ist. Im Fail-Safe-Fall wird dieser Steuerraum 52 über eine Steuerkante des Regelventils 24 zum Tank T hin entlastet, so dass die Schwenkwiege 4 über das Fail-Safe-Ventil 44 in eine vom Kräftegleichgewicht zwischen der Rückführfeder 20 und der Fail-Safe-Feder 50 abhängige Schwenkposition eingeregelt wird. Die Druckentlastung des Steuerraums 52 geschieht dabei über das Regelventil 24 und gelingt nicht vollständig, da stets eine geringe
Druckdifferenz über die zusätzliche Fail-Safe-Steuerkante des Regelventils 24 vorliegt. Dementsprechend wirkt noch eine geringe Restkraft vom der Steuerraum 52 her auf den Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44, die somit auch als Störgröße auf das Regelventil 24 wirkt. Diese Störgröße ist wiederum abhängig vom Volumenstrom durch die Düse 54 und damit vom Hochdruck in der Druckleitung 56. Die Grundstellung der Schwenkwiege 4 in der Fail-Safe-Position ist somit vom Hochdruckniveau abhängig und wird gegebenenfalls durch eine Hochdruckpulsation negativ beeinflusst.
Dieser Nachteil wird bei dem anhand der Figuren 8 und 9 erläuterten Ausführungsbeispiel weitestgehend ausgeräumt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsventil 1 14 vorgesehen, das das Fail-Safe-Ventil 44 in der Fail-Safe-Funktion aktiviert und im Normalbetrieb der Versteileinrichtung sozusagen„wegschaltet". Gemäß dem in Figur 8 dargestellten Schaltplan entspricht der Grundaufbau der Versteileinrichtung 2 im Wesentlichen demjenigen der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele, wobei in den Schaltsymbolen Regelpositionen (f) und (g) des Fail-Safe-Ventils 44 bzw. des Regelventils 24 eingezeichnet sind. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Ventilkörper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 nicht durch einen Steuerdruck sondern lediglich durch die Kraft der Rückführfeder 20 und der Fail-Safe-Feder 50 beaufschlagt ist, so dass in der Fail-Safe-Position lediglich die Federkräfte wirksam sind und die eingangs genannte Störgröße nicht auftreten kann. Dargestellt ist desweiteren eine Sperrstellung (s) des Regelventils 24.
Das zusätzliche Hilfsventil 1 14 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als stetig verstellbares 3-Wegeventil ausgeführt. Prinzipiell kann es jedoch auch als Schaltventil ausgeführt sein.
Von der Druckleitung 36 zweigt eine Druckzweigleitung 36' ab, die zu einem Druckan- schluss P des Hilfsventils 1 14 geführt ist. Ein Anschluss T ist mit dem Ausgangsan- schluss B des Fail-Safe-Ventils verbunden. Ein Ausgangsanschluss C des Hilfsventils 1 14 steht in Steuerölverbindung mit einem Anschluss P des Regelventils 24. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Ausgangsanschluss A des Regelventils 24 mit der Stellkammer 18 verbunden, während der Druckraum 14 des Gegenzylinders 6 direkt mit der Druckzweigleitung 36' verbunden ist. Letztere ist auch über die Düse 54 mit dem Anschluss FS des Regelventils 24 verbunden.
In den Darstellung gemäß den Figuren 8 und 9 sind die Ventile 44, 1 14 und 24 jeweils in ihrer Regelposition dargestellt - wie erläutert, entspricht diese Darstellung nicht der Realität sondern dient lediglich zur Vereinfachung der Lesbarkeit der Zeichnung.
Das Hilfsventil 1 14 hat eine Steuerkammer 1 16, die an die Druckzweigleitung 36' angeschlossen ist, so dass in dieser Steuerkammer 1 16 der Hochdruck wirksam ist. Dieser Steuerdruck wirkt entgegen der Kraft einer Hilfsfeder 1 18. Deren Kraft und die Wirkfläche der Steuerkammer 1 16 sind so auf einander abgestimmt, dass im Normalbetrieb der Versteileinrichtung 2 das Hilfsventil 1 14 in seine mit (h) gekennzeichnete Position verstellt ist, in der der Anschluss P des Hilfsventils 1 14 mit dem Druckanschluss P des Regelventils 24 verbunden ist. In dieser Position ist die Druckmittelverbindung zum Ausgangsanschluss B des Fail-Safe-Ventils 44 gesperrt, so dass dieses deaktiviert ist. In Figur 8 eingezeichnet ist noch eine Regelposition (i) des Hilfsventils 1 14 und eine im Fail-Safe-Fall eingestellte Umschaltposition (j) dargestellt, in der der Ausgangsanschluss C des Hilfsventils 1 14 mit dem Anschluss T verbunden ist und somit eine Steu- erölverbindung zum Ausgangsanschluss B des Fail-Safe-Ventils hergestellt wird.
Im Fail-Safe-Fall wird, wie bereits erläutert, der Ventilschieber des Regelventils 24 durch die Kraft der Regelfeder 30 in seine Fail-Safe-Position (c) verstellt, so dass entsprechend die Steuerkammer 1 16 mit dem Tankanschluss T des Regelventils verbunden ist und somit druckentlastet wird, wobei diese Druckentlastung möglich ist, da die Steuerkammer 1 16 stromabwärts der Düse 54 angeordnet ist. Bei dieser Druckentlastung wird dann das Hilfsventil 1 18 in die Position (j) umgestellt, so dass der Ausgangsanschluss A des Regelventils 24 über dessen Druckanschluss P, den Ausgangsanschluss C des Hilfsventils 1 14 und dessen Anschluss T mit dem Ausgang B des Fail- Safe-Regelventils 44 verbunden ist, wobei über dieses eine Position der Schwenkwiege 4 eingestellt wird, die vom Kräftegleichgewicht der Federn 20, 50 abhängt.
Die Aktivierung der Fail-Safe-Achse erfolgt somit im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen über das separate Hilfsventil 1 14, welches unanfäl- lig gegenüber Pulsationen im Hochdruckbereich ist. Über die Hilfsfeder 1 18 kann ein bestimmter Vorhaltedruck eingestellt werden, ab dem das Fail-Safe-Ventil 44 aktiviert wird. Dieser Vorhaltedruck liegt vorzugsweise zwischen dem Tankdruckniveau und dem minimalen Hochdruck im Normalbetrieb. Die Funktionen„Aktivierung des Fail-Safe- Modus" und„Regeln im Fail-Safe-Modus" sind bei diesem Ausführungsbeispiel getrennt. Ein derartiges Regelkonzept ist weitestgehend unanfällig gegenüber einer Druckpulsation.
Idealer Weise wird das Hilfsventil 1 14 in der Nähe des Fail-Safe-Ventils 44 platziert, um den Druckverlust in der Verbindungsleitung zwischen den Anschlüssen B und T gering zu halten. Aufgrund des erwähnten geringen Vorhaltedrucks im Hilfsventil 1 14 ist dies jedoch nicht zwingend erforderlich. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein einfach wirkender Proportionalmagnet 28 für das Regelventil 24 vorgesehen werden.
Figur 9 zeigt eine konkrete Lösung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 8, wobei der Aufbau des Regelventils 24 weitgehend demjenigen des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels entspricht. Demzufolge hat das Regelventil 24 einen Ventilschieber 26 mit den beiden Endbunden 66, 68 und dem mittleren Steuerbund 64, an dem die beiden Steuerkanten 70, 72 ausgebildet sind. In der dargestellten Regelposition des Regelventils 24 drosseln die beiden Steuerkanten 70, 72 die Druckmittelverbindung zwischen den Anschlüssen A, P und A, T an. Dabei erfolgt die Steuerölverbindung zum Anschluss T über den Axialbohrungsabschnitt 104, der in dem Ringraum zwischen dem Steuerbund 64 und dem Endbund 68 mündet. Alternativ kann auch eine Entlastungsbohrung zum Tank direkt in die Ventilbohrung mit dem Ventilschieber 24 münden, wie dies in Figur 9 gestrichelt angedeutet ist.
Das Hilfsventil 1 14 hat einen Schieber 120 mit zwei Endbunden 122, 124 und einen etwa mittigen Steuerbund 126, der zwei Steuerkanten 128, 130 hat. Wie erläutert, ist in den Darstellungen gemäß den Figuren 8 und 9 auch das Hilfsventil 1 14 in einer Regelposition dargestellt, in der die beiden Steuerkanten 128, 130 den Ausgangsanschluss C des Hilfsventils 1 14 mit dem Druckanschluss P und dem Tankanschluss T gedrosselt verbinden. Der Druckanschluss P steht in Druckmittelverbindung mit der Druckleitung 36, der Tankanschluss T ist über einen kurzen Kanal mit dem Anschluss B des Fail- Safe-Ventils 44 verbunden. Ähnlich wie bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel hat dieses zwei Ringnuten 78, 80, zwischen denen ein Steuerbund mit zwei Steuerkanten 82, 84 verbleibt. Der Endbund 124 begrenzt die Steuerkammer 1 16, die in Druckmittelverbindung mit dem Anschluss FS des Regelventils 24 steht. Diese Steuerkammer 1 16 ist über die Düse 54 mit der Druckleitung 36 verbunden. Auf die gegenüberliegende Stirnseite des Schiebers 120 wirkt die Hilfsfeder 1 18, die an einer Stirnseite eines Federraumes 132 aufgenommen ist.
Auch der Ventil körper 48 des Fail-Safe-Ventils 44 ist in seiner Regelposition dargestellt, in der die beiden Steuerkanten 82, 84 eine gedrosselte Verbindung des Ausgangsanschlusses B mit dem Tankanschluss T und dem Druckanschluss P steuern, der mit der Druckleitung 36 verbunden ist.
Wie erläutert ist der Ventilkörper 48 einerseits über den Federteller 76 von der Rückführfeder 20 und andererseits von der Fail-Safe-Feder 50 beaufschlagt,
Im Normalbetrieb der Versteileinrichtung liegt, wie erläutert, in der Steuerkammer 1 16 der Hochdruck an, so dass der Schieber 120 gegen die Kraft der Hilfsfeder 1 18 in seine Endposition verschoben wird, in der über die Steuerkante 128 die Druckmittelverbindung vom Ausgang des Fail-Safe-Ventils 44 zum Eingang des Regelventils 24 zugesteuert ist und dessen Eingangsanschluss P über die Steuerkante 130 des Hilfsventils 1 14 mit der Druckleitung 36 verbunden wird - das Fail-Safe-Ventil ist somit praktisch wirkungslos geschaltet.
Im Fail-Safe-Fall wird der Ventilschieber 26 des Regelventils 24 durch die Regelfeder 30 in der Darstellung gemäß Figur 9 nach rechts verschoben, so dass die Steuerkante 70 die Steuerolverbindung zwischen den Anschlüssen A und P aufsteuert und die durch den Endbund 68 ausgebildete Steuerkante die Druckmittelverbindung des Anschlusses FS zum Tank T öffnet. Wie erläutert wird dann die Steuerkammer 1 16 mit dem Tank T verbunden, so dass der Schieber 120 des Hilfsventils 1 14 durch die Kraft der Hilfsfeder 1 18 aus der in Figur 9 dargestellten Position nach rechts verschoben wird, in der die Steuerkante 128 die Druckmittelverbindung des Eingangsanschlusses P des Regelventils 24 mit dem Ausgangsanschluss B des Fail-Safe-Ventils 44 aufsteuert. Gleichzeitig wird über die Steuerkante 130 die Druckmittelverbindung des Ausgangsanschlusses C des Hilfsventils 1 14 zur Druckleitung 36 zugesteuert. Wie erläutert, wird die Schwenkwiege 4 dann in eine Schwenkposition verstellt, die im Wesentlichen durch das Kräftegleichgewicht der Federn 20 und 50 bestimmt ist.
Die Anhand der Ausführungsbeispiele erläuterte Erfindung ermöglicht im Normalbetrieb eine nahezu ungestörte Regelung durch den elektronischen Schwenkwinkel - Regelkreis wobei die Schwenkwiege mit einem Schwenkwinkelsensor versehen sein kann. Die bei herkömmlichen Lösungen störende Kraft der Rückführfeder 20 wirkt lediglich auf das Fail-Safe-Ventil 44, welches im Normalbetrieb hydraulisch von der Stellkammer des Stellzylinders getrennt ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Verstellung der Schwenkwiege mit einer erhöhten Dynamik bei geringerem Magnetkraftniveau durchzuführen.
Die Erfindung ist insbesondere auch in sogenannten Hybridfahrzeugen, zum Beispiel in einem Personenkraftwagen, mit einem Verbrennungsmotor und einem hydraulischen Antriebsstrang inklusive Hydropumpe, Hydrospeicher und/oder Hydromotor zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Achse einsetzbar. Die Hydroeinheiten können mit einer erfindungsgemäßen Versteileinrichtung ausgerüstet sein.
Offenbart sind eine Versteileinrichtung für eine hydrostatische Maschine und eine mit einer derartigen Versteileinrichtung ausgeführte hydrostatische Maschine. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu einem Regelventil eine Fail-Safe-Ventil vorgesehen, über das in der Fail-Safe-Funktion die hydrostatische Maschine auf ein vorbestimmtes Förder- /Schluckvolumen verstellt wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Versteileinrichtung für eine hydrostatische Maschine, mit einem Stellkolben (16) zum Verstellen eines Hubvolumens (Förder-/Schluckvolumens) der Maschine, der eine Stellkammer (18) begrenzt, der über ein elektrisch oder elektrohydraulisch verstellbares Regelventil (24) mit Hochdruck und Niederdruck verbindbar ist, gekennzeichnet durch ein Fail-Safe-Ventil (44), über das der Stellkolben (16) in der Fail-Safe-Funktion in eine vorbestimmte Position verstellbar ist.
2. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 1 , wobei das Fail-Safe-Ventil (44) einen mit Hochdruck verbundenen Eingangsanschluss (P), einen mit Niederdruck verbundenen Tankanschluss (T) und einen Anschluss (B) hat, der mit einem Eingangsanschluss (P) des Regelventils (24) verbunden oder verbindbar ist, wobei das Fail-Safe-Ventil (44) stetig verstellbar ausgeführt ist und von einer Rückführfeder (20) in eine Richtung und von einer Fail-Safe-Feder (50) in die Gegenrichtung beaufschlagt ist.
3. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Regelventil (24) eine Fail-Safe-Position (c) hat, die es in der Fail-Safe-Funktion einnimmt und in der der Anschluss (B) des Fail-Safe-Ventils (44) mit dem Stellraum (18) verbunden ist.
4. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei ein Ventilkörper (48) des Fail-Safe-Ventils (44) in Wirkrichtung der Rückführfeder (20) mit Niederdruck oder dem Stelldruck beaufschlagt ist.
5. Versteileinrichtung nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, wobei das Fail- Safe-Ventil (44) einen Steuerraum (52) hat, der in der Regelposition des Regelventils (24) mit Hochdruck beaufschlagt und in der Fail-Safe-Funktion zum Niederdruck hin entlastet ist.
6. VerStelleinrichtung nach Patentanspruch 5, wobei der Steuerraum (52) über eine Düse (54) mit Hochdruck verbunden ist.
7. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei das Fail-Safe-Ventil (44) mit einem Anschlag (58) ausgeführt ist.
8. Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Gegenzylinder (6), dessen Gegenkolben (10) im Sinne einer Verstellung des Förder- /Schluckvolumens entgegen dem Stellkolben (16) wirkt, wobei eine Rückführfeder (20) mit dem Gegenkolben (10) oder einem sonstigen, in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel verstellten Bauelement in Wirkverbindung steht.
9. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 8, wobei eine Rückführfeder (108) des Regelventils (24) ebenfalls in Wirkverbindung mit dem Gegenkolben (10) oder dem sonstigen, in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel verstellten Bauelement steht.
10. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 9, wobei beide Rückführfedern (20, 108) an einem gemeinsamen Federteller (1 12) abgestützt sind.
1 1 . Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Hilfsventil (1 14), das das Fail-Safe-Ventil (44) in der Fail-Safe-Funktion aktiviert.
12. Versteileinrichtung nach Patentanspruch 1 1 , wobei das Hilfsventil (1 14) einen Schieber (120) hat, der in einer Richtung vom Druck in einer Steuerkammer (1 16) und in Gegenrichtung von einer Hilfsfeder (1 18) beaufschlagt ist, wobei die Steuerkammer (1 16) in einer Fail-Safe-Position mit einem Tank oder Niederdruck verbunden und einer Regelposition des Regelventils (24) mit Hochdruck beaufschlagt ist, so dass in der Fail- Safe-Position des Regelventils (24) eine Steuerölverbindung zwischen dem Fail-Safe- Ventil (44) und dem Regelventil (24) geöffnet und in der Regelposition des Regelventils (24) abgesperrt oder zumindest angedrosselt ist.
13. Hydrostatische Maschine mit einer Versteileinrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.
14. Hydrostatische Maschine nach Patentanspruch 13, wobei diese als über Null verschwenkbare Axialkolbenmaschine ausgeführt ist, die vorzugsweise druck- und vo- lumenstromgeregelt ist.
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