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Die
Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb mit einem doppelt
wirkenden Hydraulikzylinder und einem Volumenstromausgleich.
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Aus
der
DE 103 43 016
A1 ist es bekannt, einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder
mittels einer ersten Hydropumpe und einer zweiten Hydropumpe zu
betätigen.
Eine der beiden Hydropumpen ist dabei mit den beiden Arbeitskammern
des doppelt wirkenden Hydraulikzylinders in einem geschlossenen
Kreislauf verbunden. Die zweite Hydropumpe ist dagegen nur mit der
kolbenseitigen Arbeitskammer in einem offenen Kreislauf verbunden.
Die beiden Hydropumpen sind jeweils in ihrem Fördervolumen verstellbar. Durch
Einstellung eines entsprechenden Fördervolumenverhältnisses
wird dem unterschiedlichen Volumenstrom in der kolbenseitigen Arbeitskammer
und der kolbenstangenseitigen Arbeitskammer Rechnung getragen.
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Nachteilig
an dem aus der
DE
103 43 016 A1 bekannten hydrostatischen Antrieb ist es,
dass das Verhältnis
zwischen der Summe der Fördervolumina der
beiden Hydropumpen und dem Fördervolumen der
Hydropumpe im geschlossenen Kreis jeweils in demselben Verhältnis stehen
muss, wie die Kolbenflächen
des Arbeitskolbens zueinander stehen. Werden folglich zwei identische
Hydropumpen eingesetzt, so muss deren jeweiliges Fördervolumen
durch die entsprechenden Verstellvorrichtungen so eingestellt werden,
dass diese Bedingung erfüllt
ist. Umgekehrt ist es erforderlich, bei Verwendung von zwei identischen
Hydropumpen, wie dies vorteilhaft durch Einsatz einer Doppelpumpe
realisiert werden kann, einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder
zu verwenden, dessen Kolbenflächen
ein entsprechendes Verhältnis
aufweisen. In der Regel sind die beiden Hydropumpen einer Doppelpumpeneinheit
identisch ausgeführt,
so dass das Flächenverhältnis der
beiden Kolbenflächen
2:1 betragen müsste.
Handelsübliche
doppelt wirkende Hydraulikzylinder haben jedoch meist ein davon
abweichendes Flächenverhältnis der
Kolbenflächen
und somit unterschiedliche Volumenströme bei Verschiebung des Arbeitskolbens.
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Es
ist die Aufgabe, einen hydrostatischen Antrieb zu schaffen, der
bei vorgegebenem festem Förderverhältnis einer
ersten und einer zweiten Hydropumpe eine weitgehend freie Auswahl
des zu verwendenden Hydraulikzylinders zulässt. Die Aufgabe wird durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche
enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein Entnahmeventil zum Volumenstromausgleich vorgesehen ist.
Der hydrostatische Antrieb umfasst eine erste Hydropumpe und eine
zweite Hydropumpe und einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder.
Die jeweils ersten Anschlüsse
der ersten und der zweiten Hydropumpe sind gemeinsam mit einer ersten
Arbeitskammer des Hydraulikzylinders verbunden. Mit einer zweiten
Arbeitskammer ist dagegen nur der zweite Anschluss der zweiten Hydropumpe
verbunden. Der zweite Anschluss der ersten Hydropumpe ist dagegen
mit einem Druckmittelreservoir verbunden. Zum Erzeugen einer Bewegung
des Arbeitskolbens fördern
beide Hydropumpen gemeinsam Druckmittel in die erste Arbeitdruckkammer.
In umgekehrter Förderrichtung
und damit umgekehrter Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens wird
lediglich durch die zweite Hydropumpe Druckmittel in die zweite
Arbeitskammer gefördert.
Das Verhältnis
des gesamten Fördervolumens
beider Hydropumpen zu dem Fördervolumen
der zweiten Hydropumpe kann von dem Flächenverhältnis der ersten Kolbenfläche zu der
zweiten Kolbenfläche
abweichen. Infolgedessen kann es zu einer Differenz in der Ölmengenbilanz kommen.
Erfindungsgemäß ist ein
Entnahmeventil vorgesehen, durch welches diese Differenz in der Ölmengenbilanz
ausgeglichen und Druckmittel bei einer ersten Förderrichtung abgeführt wird
und somit ein Volumenstromausgleich erreicht wird.
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Vorzugsweise
verbindet das Entnahmeventil die erste Arbeitskammer oder die zweite
Arbeitskammer mit einem Druckmittelreservoir.
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Dabei
ist es insbesondere vorteilhaft, als Entnahmeventil ein Spülventil
vorzusehen. Das Spülventil
ist in Abhängigkeit
von den Drücken
in der ersten bzw. der zweiten Arbeitskammer so geschaltet, dass
es die zweite oder die erste Arbeitskammer mit dem Druckmittelreservoir
verbindet. Ein Volumenstromausgleich durch Entnahme von Druckmittel kann
durch das Spülventil
somit jeweils auf der mit der momentanen Saugseite der Hydropumpen
verbundenen Seite des hydrostatischen Antriebs erfolgen.
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Dabei
kann vorteilhafterweise eine Speiseeinrichtung benutzt werden, um
die erste oder die zweite Arbeitskammer mit dem Druckmittelreservoir zu
verbinden.
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Um
bei umgekehrter Förderrichtung
des hydrostatischen Antriebs den fehlenden Volumenstrom zu ergänzen, wird
vorzugsweise eine Speisepumpe vorgesehen. Diese fördert insbesondere
auf der Saugseite der ersten und der zweiten Hydropumpe eine zum
Volumenstromausgleich benötigte
Druckmittelmenge in den hydrostatischen Kreislauf des hydrostatischen
Antriebs. Besonders bevorzugt sind die erste und die zweite Hydropumpe
gemeinsam in ihrem Fördervolumen
einstellbar. Sie bilden insbesondere gemeinsam eine Hydropumpeneinheit
aus, wobei eine solche Hydropumpeneinheit besonders bevorzugt eine
Doppelpumpe ist, deren beide Hydropumpen ein identisches, einstellbares
Fördervolumen
besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
das Entnahmeventil über
eine erste Arbeitsleitung und/oder über eine zweite Arbeitsleitung
mit der ersten und/oder der zweiten Arbeitskammer verbunden und
es ist zumindest in einer der beiden Arbeitsleitungen ein Lasthalteventil
vorgesehen, durch welches der Arbeitskolben des Hydraulikzylinders
in einer bestimmten Position festgesetzt werden kann. Das Lasthalteventil
unterbricht hierzu die Arbeitsleitung vorzugsweise in zumindest
einer Richtung, so dass ein Abfließen von Druckmittel aus der
ersten Arbeitskammer und/oder der zweiten Arbeitskammer verhindert
wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass zumindest ein Lasthalteventil durch Verwendung
eines Stelldrucks einer Verstellvorrichtung in seine geöffnete Position
gebracht werden kann. Der Stelldruck wird hierzu der Verstellvorrichtung
zum Einstellen des Fördervolumens
der ersten Hydropumpe und der zweiten Hydropumpe entnommen. Das
Aufsteuern des Lasthalteventils erfolgt somit förderrichtungsabhängig automatisch.
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Es
wird vorzugsweise ein druckkompensiertes Lasthalteventil eingesetzt,
um die erforderlichen Betätigungskräfte und
damit die Stelldrücke
gering zu halten. Die Stelldrücke
sind in der Regel eine Größenordnung
kleiner als die erreichbaren Arbeitsdrücke.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Druckmittelreservoir als Hydrospeicher ausgeführt. Die
Verwendung eines Hydrospeichers als Druckmittelreservoir erlaubt
es z.B. einen Teil der aufgewendeten Energie beim Betätigen des Hydraulikzylinders
beispielsweise beim Heben einer Last im Anschluss daran während des
Absenkens der Last zurückzugewinnen.
Zudem bietet ein solcher Hydrospeicher den Vorteil, dass das in
ihm gespeicherte Druckmittel unter einem Druck steht, der das mögliche Auftreten
von Kavitation auf der Saugseite der daran angeschlossenen Hydropumpe
verhindert. Um einen unnötigen
Druckverlust zu verhindern, ist die Verbindung zwischen dem Hydrospeicher
und der ersten Hydropumpe vorzugsweise mit einem Sperrventil versehen,
welches durch einen Stelldruck der Verstellvorrichtung beaufschlagbar und
somit zwischen seiner geöffneten
und geschlossenen Position verstellbar ist. Die Betätigung erfolgt durch Verwendung
des Stelldrucks wiederum automatisch und unter Berücksichtigung
der Förderrichtung.
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Eine
besonders kompakte Anordnung ergibt sich, wenn zumindest das Entnahmeventil
und/oder das zumindest eine Lasthalteventil und/oder das Sperrventil
in einer Pumpeneinheit angeordnet sind, welche die erste und die
zweite Hydropumpe umfasst.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antriebs sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
für einen
erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antrieb;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
für einen
erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antrieb mit Lasthalteventilen;
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
für einen
erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antrieb mit einem Hydrospeicher als Druckmittelreservoir; und
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
für einen
erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antrieb mit einem zusätzlichen
Hydrospeicher zur Verringerung von Druckschwankungen.
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Der
in 1 gezeigte hydrostatische Antrieb 1 umfasst
einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder 2, in dem ein
Arbeitskolben 3 verschieblich angeordnet ist. Der Arbeitskolben 3 weist
eine erste Kolbenfläche 4 und
eine zweite Kolbenfläche 5 auf.
Die erste Kolbenfläche 4 und
die zweite Kolbenfläche 5 sind
in entgegengesetzter Richtung orientiert. Auf der Seite der zweiten
Kolbenfläche 5 ist
mit dem Arbeitskolben 3 eine Kolbenstange 6 verbunden.
Infolgedessen ist die zweite Kolbenfläche 5 kleiner als
die erste Kolbenfläche 4.
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Die
erste Kolbenfläche 4 ist
in einer ersten Arbeitskammer 7 des Hydraulikzylinders 2 mit
einem dort wirkenden ersten Arbeitsdruck beaufschlagbar. Dementsprechend
ist die zweite Kolbenfläche 5 in
einer zweiten Arbeitskammer 8 des Hydraulikzylinders 2 mit
einem zweiten Arbeitsdruck beaufschlagbar. Die erste Arbeitskammer 7 ist
mit einer ersten Arbeitsleitung 9 und die zweite Arbeitskammer 8 ist
mit einer zweiten Arbeitsleitung 10 verbunden.
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Zum
Erzeugen von Volumenströmen
zur Betätigung
des Hydraulikzylinders 2 sind eine erste Hydropumpe 11 und
eine zweite Hydropumpe 12 vorgesehen. Die erste Hydropumpe 11 und
die zweite Hydropumpe 12 sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
in Form einer Doppelpumpe realisiert, so dass die Verstellung des
Fördervolumens
der ersten Hydropumpe 11 und der Hydropumpe 12 gemeinsam erfolgt.
Die erste Hydropumpe 11 und die zweite Hydropumpe 12 sind
mit ihrem jeweils ersten Anschluss 13 bzw. 14 über die
erste Arbeitsleitung 9 mit der ersten Arbeitskammer 7 verbunden.
Die erste Arbeitsleitung 9 verzweigt sich zu der ersten
und der zweiten Hydropumpe 11, 12 hin in einen
ersten Arbeitsleitungszweig 9a und einen zweiten Arbeitsleitungszweig 9b.
Der erste Arbeitsleitungszweig 9a ist mit dem ersten Anschluss 13 der
ersten Hydropumpe 11 verbunden. Entsprechend ist der zweite
Arbeitsleitungszweig 9b mit dem ersten Anschluss 14 der zweiten
Hydropumpe 12 verbunden.
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Während die
ersten Anschlüsse 13, 14 der ersten
Hydropumpe 11 und der zweiten Hydropumpe 12 parallel
mit der ersten Arbeitskammer 7 verbunden sind, sind die
jeweils zweiten Anschlüsse 15, 16 der
ersten Hydropumpe 11 und der zweiten Hydropumpe 12 nicht
beide mit der zweiten Arbeitskammer 8 verbunden. Mit der
zweiten Arbeitskammer 8 ist lediglich der zweite Anschluss 16 der
zweiten Hydropumpe 12 verbunden. Somit ergibt sich ein
geschlossener hydraulischer Kreislauf, der die erste Arbeitskammer 7 und
die zweite Arbeitskammer 8 über die zweite Hydropumpe 12 verbindet.
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Die
erste Arbeitskammer 7 ist dagegen über die erste Arbeitsleitung 9 und
die erste Hydropumpe 11 zusätzlich in einem offenen Kreislauf
angeordnet. Der zweite Anschluss 15 der ersten Hydropumpe 11 ist
hierzu über
eine Saugleitung 17 mit einem Tankvolumen 18 verbindbar.
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Die
erste Hydropumpe 11 und die zweite Hydropumpe 12 werden über eine
gemeinsame Antriebswelle 19 durch eine nicht dargestellte
Antriebsmaschine angetrieben. Zur Einstellung des ersten Fördervolumens
der ersten Hydropumpe 11 und des zweiten Fördervolumens
der zweiten Hydropumpe 12 sind die jeweiligen Verstellmechanismen
der ersten Hydropumpe 11 und der zweiten Hydropumpe 12 mit
einer Verstellvorrichtung 20 verbunden. Die Verstellvorrichtung 20 umfasst
einen Stellzylinder 21, in dem ein Stellkolben 22 verschieblich
angeordnet ist. Der Stellkolben 22 wird durch einen ersten
Stelldruck in einer ersten Stelldruckkammer 23 des Stellzylinders 21 und
einen zweiten Stelldruck in einer zweiten Stelldruckkammer 24 in
entgegengesetzter Richtung beaufschlagt. Infolge der sich einstellenden
an dem Stellkolben 22 angreifenden Kraftdifferenz werden die
erste Hydropumpe 11 und die zweite Hydropumpe 12 gemeinsam
in ihrem Fördervolumen
verändert. Das
eingestellte Fördervolumen
der ersten Hydropumpe 11 und der zweiten Hydropumpe 12 stehen dabei
immer in einem fest vorgegebenen Verhältnis zueinander. Bei der bevorzugten
Ausführung
der ersten Hydropumpe 11 und der zweiten Hydropumpe 12 gemeinsam
in Form einer Doppelpumpe ist insbesondere das Fördervolumen der ersten Hydropumpe 11 gleich
dem Fördervolumen
der zweiten Hydropumpe 12.
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Zur
Einstellung des ersten Stelldrucks und des zweiten Stelldrucks in
der ersten Stelldruckkammer 23 bzw. der zweiten Stelldruckkammer 24 ist
ein Stelldruckregelventil 25 vorgesehen. Das Stelldruckregelventil 25 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein 4/3-Wegeventil, welches durch einen Satz Federn zentriert wird.
Aus dieser zentrierten Position, in der alle vier Anschlüsse des
Stelldruckregelventils 25 voneinander getrennt sind, kann
das Stelldruckregelventil 25 in Richtung einer ersten Endposition
oder in Richtung einer zweiten Endposition durch Elektromagneten
ausgelenkt werden. In Abhängigkeit
von der Einstellung des Stelldruckregelventils 25 ist eine
erste Stelldruckleitung 26 oder eine zweite Stelldruckleitung 27 mit
einer ersten Verbindungsleitung 28 oder einer Entspannungsleitung 29 verbindbar.
Die erste Stelldruckleitung 26 ist mit der ersten Stelldruckkammer 23 verbunden.
Die zweite Stelldruckleitung 27 ist mit der zweiten Stelldruckkammer 24 verbunden.
Je nach Einstellung des Stelldruckregelventils 25 wird
folglich die erste Stelldruckkammer 23 über die erste Verbindungsleitung 28 mit
einem Stelldruck beaufschlagt und die zweite Stelldruckkammer 24 über die
zweite Stelldruckkammer 27 in ein inneres Tankvolumen 18' entspannt,
das vorzugsweise mit dem Tankvolumen 18 verbunden ist.
Bei umgekehrter Betätigung
des Stelldruckregelventils 25 wird dagegen die zweite Stelldruckkammer 24 mit der
ersten Verbindungsleitung 28 und die erste Stelldruckkammer 23 mit
der Entspannungsleitung 29 verbunden.
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Der
maximal verfügbare
Stelldruck wird dem Stelldruckregelventil 25 in bereits
erwähnter
Weise über
die erste Verbindungsleitung 28 zugeführt. Zusätzlich zu der ersten Hydropumpe 11 und
der zweiten Hydropumpe 12, die in bereits erwähnter Weise bevorzugt
als Doppelpumpe ausgeführt
sind, umfasst die so gebildete Hydropumpeneinheit 30 zusätzlich eine
Speiseeinrichtung 31 mit einer Speisepumpe 32.
Die Speiseeinrichtung 31 dient dem Nachfördern von
durch Leckage aus dem Kreislauf entwichenen Druckmittel, sowie dem
Erzeugen eines Anfangsdrucks bei Inbetriebnahme des Antriebs 1.
Die Speisepumpe 32 ist ebenfalls über die Antriebswelle 19 mit
der Antriebsmaschine verbunden und ist als Konstantpumpe zur Förderung
in lediglich einer Richtung vorgesehen. Die Speisepumpe 32 saugt
hierzu über
eine Speisepumpensaugleitung 33 Druckmittel aus dem Tankvolumen 18 an
und fördert
es in eine Speisedruckleitung 34. Zum Begrenzen des maximal verfügbaren Speisedrucks
ist die Speisedruckleitung 34 durch ein Speisedruckbegrenzungsventil 35 abgesichert.
Das Speisedruckbegrenzungsventil 35 ist in Richtung seiner
geschlossenen Position durch eine Druckfeder beaufschlagt.
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In
entgegengesetzter Richtung greift an einer Messfläche des
Speisedruckbegrenzungsventils 35 der in der Speisedruckleitung 34 herrschende Druck
an. Überschreitet
der Speisedruck in der Speisedruckleitung 34 einen durch
die Druckfeder vorgegebenen kritischen Wert, so wird aufgrund der
hydrostatischen Kraft das Speisedruckbegrenzungsventil 35 in
Richtung seiner geöffneten
Position verstellt. In der geöffneten
Position ist die Speisedruckleitung 34 über eine weitere Entspannungsleitung 36 mit
dem inneren Tankvolumen 18' verbunden.
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Die
Speisedruckleitung 34 der Speiseeinrichtung 31 ist
ferner über
eine erste Speiseleitung 37 mit der ersten Arbeitsleitung 9 verbunden.
Ferner ist die Speisedruckleitung 34 über eine zweite Speiseleitung 38 mit
der zweiten Arbeitsleitung 10 verbunden. In der ersten
Speiseleitung 37 und in der zweiten Speiseleitung 38 ist
ein erstes bzw. zweites Rückschlagventil 39, 40 angeordnet.
Die beiden Rückschlagventile 39, 40 sind
so in der ersten Speiseleitung 37 bzw. der zweiten Speiseleitung 38 angeordnet,
dass sie in Richtung auf die erste Arbeitsleitung 9 hin
bzw. auf die zweite Arbeitsleitung 10 hin öffnen. Übersteigt
der durch das Speisedruckbegrenzungsventil 35 in der Speiseeinrichtung 31 eingestellte Druck
den Druck in der ersten Arbeitsleitung 9 bzw. in der zweiten
Arbeitsleitung 10, so wird Druckmittel aus der Speiseeinrichtung 31 in
die erste Arbeitsleitung 9 bzw. die zweite Arbeitsleitung 10 zugeführt.
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Parallel
zu der ersten Speiseleitung 37 bzw. der zweiten Speiseleitung 38 ist
eine zweite Verbindungsleitung 41 bzw. eine dritte Verbindungsleitung 42 vorgesehen.
Die zweite Verbindungsleitung 41 verbindet die erste Arbeitsleitung 9 mit
der Speisedruckleitung 34. In der zweiten Verbindungsleitung 41 ist
ein erstes Druckbegrenzungsventil 43 vorgesehen. Das erste
Druckbegrenzungsventil 43 ist wie das Speisedruckbegrenzungsventil 35 in
Richtung seiner geschlossenen Position mit Hilfe einer Druckfeder
vorgespannt. Der in der ersten Arbeitsleitung 9 herrschende
erste Arbeitsdruck wirkt in entgegengesetzter Richtung auf das erste
Druckbegrenzungsventil 43. Übersteigt der erste Arbeitsdruck
den durch die Druckfeder eingestellten Maximaldruck, so wird das
erste Druckbegrenzungsventil 43 in seine geöffnete Position
gebracht. In der geöffneten
Position des Druckbegrenzungsventils 43 ist die erste Arbeitsleitung 9 mit
der Speisedruckleitung 34 verbunden. Infolgedessen wird
bei Überschreiten
eines kritischen Drucks in der ersten Arbeitsleitung 9 die
erste Arbeitsleitung 9 in Richtung der Speiseeirichtung 31 entspannt.
In gleicher Weise ist in der dritten Verbindungsleitung 42 ein
zweites Druckbegrenzungsventil 44 angeordnet, das bei Überschreiten
eines kritischen Drucks in der zweiten Arbeitsleitung 10 die zweite
Arbeitsleitung 10 in die Speiseeinrichtung 31 entspannt.
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Bei
einer Verschiebung des Arbeitskolbens 3 stehen die sich
ergebenden Volumenströme
aus/in die erste bzw. zweite Arbeitskammer 7, 8 in
einem durch das Verhältnis
der Kolbenflächen 4, 5 festgelegten
Verhältnis.
Weicht hiervon das Verhältnis
des Gesamtfördervolumens
der ersten und zweiten Hydropumpe 11, 12 zu dem
Fördervolumen
der zweiten Hydropumpe 12 ab, so ist ein Volumenstromausgleich
erforderlich.
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Zur
Entnahme von Druckmittel aus der ersten bzw. der zweiten Arbeitsleitung 9 bzw. 10 zum
Volumenstromausgleich ist ein Entnahmeventil in dem hydrostatischen
Antrieb 1 vorgesehen. In dem dargestellten, bevorzugten
Ausführungsbeispiel
ist das Entnahmeventil als Spülventil 45 ausgeführt. Das Spülventil 45 ist
als 3/3-Wegeventil ausgeführt.
Ein Ausgangsanschluss des Spülventils 45 ist
mit der Speisedruckleitung 34 verbunden. Das Spülventil 45 wird
durch eine erste Zentrierfeder 48 und eine zweite Zentrierfeder 49 in
seiner mittleren Position gehalten. Die beiden Eingangsanschlüsse des
Spülventils 45 sind über eine
erste Entnahmeleitung 46 bzw. eine zweite Entnahmeleitung 47 mit
der ersten Arbeitsleitung 9 bzw. der zweiten Arbeitsleitung 10 verbunden. Von
der ersten Entnahmeleitung 46 zweigt ein erster Leitungszweig 50 ab,
der eine Messfläche
an dem Spülventil 45 mit
dem Druck der ersten Arbeitsleitung 9 beaufschlagt. Die
an der Messfläche
durch den ersten Arbeitsdruck erzeugte hydrostatische Kraft wirkt gleichsinnig
mit der ersten Zentrierfeder auf das Spülventil 45 und beaufschlagt
dies in Richtung einer ersten Schaltposition.
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In
der ersten Schaltposition des Spülventils 45 ist
die zweite Entnahmeleitung 47 mit der Speisedruckleitung 34 verbunden.
Somit ist eine durchströmbare
Verbindung von der zweiten Arbeitsleitung 10 in die Speiseeinrichtung 31 hergestellt.
Das Spülventil 45 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch
aufgebaut. Dementsprechend ist ein zweiter Leitungszweig 51 vorgesehen,
welcher die zweite Entnahmeleitung 47 mit einer weiteren
Messfläche
des Spülventils 45 verbindet,
wobei der dort wirkende zweite Arbeitsdruck das Spülventil 45 gleichsinnig
mit der zweiten Zentrierfeder 49 beaufschlagt. Übersteigt
die so erzeugte resultierende Kraft die in entgegengesetzter Richtung
durch den ersten Arbeitsdruck und die erste Zentrierfeder 48 erzeugte
Kraft, so wird das Spülventil 45 in
seine zweite Schaltposition gebracht. In der zweiten Schaltposition
ist eine durchströmbare
Verbindung zwischen der ersten Entnahmeleitung 46 und der
Speisedruckleitung 34 hergestellt.
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Für die nachfolgenden
Ausführungen
sei angenommen, dass die erste Kolbenfläche 4 und die zweite
Kolbenfläche 5 in
einem Verhältnis
zueinander stehen, welches geringfügig kleiner als 2 ist.
Beispielsweise ist das Flächenverhältnis der
ersten Kolbenfläche 4 zu
der zweiten Kolbenfläche 5 1,8
bis 1,9:1. Solche Flächenverhältnisse
sind typisch für handelsübliche doppelt
wirkende Hydraulikzylinder, wie sie beispielsweise zum Erzeugen
der Stellkraft an einem Ausleger und Stiel eines Baggers verwendet
werden.
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Wird
durch die erste Hydropumpe
11 und die zweite Hydropumpe
12 Druckmittel
in die erste Arbeitsleitung
9 hineingefördert, so ergibt sich unter
Lasteinfluss eine Druckdifferenz in der ersten Arbeitsleitung
9 und
der zweiten Arbeitsleitung
10. Aufgrund des ersten Arbeitsdrucks,
der größer ist
als der zweite Arbeitsdruck in der zweiten Arbeitsdruckleitung
10, wird
das Spülventil
45 in
seine erste Schaltposition gebracht. In der ersten Schaltposition
ist in bereits beschriebener Weise die zweite Arbeitsleitung
10 mit der
Speisedruckleitung
34 verbunden. Bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel
wird in die erste Arbeitskammer
7 ein erster Volumenstrom
V
7 erzeugt. Aus der zweiten Arbeitskammer
8 strömt gleichzeitig ein
Volumenstrom der Größe V aus.
Die Volumenströme
stehen im Verhältnis
zueinander.
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Da
die beiden durch die erste Hydropumpe 11 und die zweite
Hydropumpe 12 erzeugten Teilvolumenströme gleich groß sind,
wird durch die erste und die zweite Hydropumpe 11, 12 lediglich
ein Teilvolumenstrom der Größe 0,9·V8 angesaugt. Dies ergibt einen förderseitigen
Gesamtvolumenstrom von 2·0,
9V8=1, 8V8, der
in die erste Arbeitskammer 7 gefördert wird. Da jedoch durch
das Spülventil 45 die zweite
Arbeitsleitung 10 mit der Speisedruckleitung 34 verbunden
ist, kann der aufgrund der Ölmengenbilanz
erforderliche Differenzvolumenstorm (0,1·V8) in
die Speiseeinrichtung 31 abgeführt werden. Die Speiseeinrichtung 31 kann
in nicht dargestellter Weise mit dem Tankvolumen 18 verbunden
sein, das allgemein als Druckmittelreservoir dient. Hierzu ist die erste
Verbindungsleitung 28 über
eine Ausgleichsleitung 52 mit der Saugleitung 17 verbunden.
In der Ausgleichsleitung 52 ist ein Rückschlagventil 53 angeordnet,
welches in Richtung auf die Saugleitung 17 hin öffnet.
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Das
Verhältnis
des Gesamtfördervolumens der
Hydropumpen 11, 12 zu dem Fördervolumen der zweiten Hydropumpe 12 weicht
von dem Flächenverhältnis der
ersten Kolbenfläche 4 zu
der zweiten Kolbenfläche 5 ab.
Der daraus resultierende Differenzvolumenstrom wird über das
Entnahmeventil, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Spülventil 45 ausgebildet
ist, abgeführt.
Bei einer Förderung
in umgekehrter Richtung ergibt sich dagegen, dass das aus der ersten
Arbeitskammer 7 durch die erste Hydropumpe 11 und
die zweite Hydropumpe 12 angesaugte Druckmittelvolumen
im Verhältnis zu
dem in die zweite Arbeitskammer 8 strömenden Volumenstrom zu klein
ist. In diesem Fall wird durch die Speisepumpe 32 und das
sich dann öffnende
erste Rückschlagventil 39 Druckmittel
auf der momentanen Saugseite der ersten Hydropumpe 11 und
der zweiten Hydropumpe 12 zugeführt.
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Ein
Spülventil
ist allgemein in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf vorgesehen, um
gezielt Druckmittel aus dem Kreislauf zu entnehmen. Dieses entnommene
Druckmittel wird durch durch die Speiseeinrichtung 31 zugeführtes Druckmittel
ersetzt. Das entnommene Druckmittel wird gekühlt, bevor es wieder dem Kreislauf
zugeführt
wird. Durch das Spülventil 45 wird
die den niedrigeren Druck führende
Arbeitsleitung 9 oder 10 mit der Speiseeinrichtung 31 verbunden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Spülventil 45 ein
hydraulisch betätigtes
3/3-Wegeventil.
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Die
Verwendung eines Spülventils 45 als Entnahmeventil
ermöglicht
den Anschluss eines beliebigen Hydraulikzylinders 2. Insbesondere
ist es wegen der Symmetrie des Spülventils 45 möglich, die Hydropumpeneinheit 30 mit
einem beliebigen Hydraulikzylinder 2 zu betreiben. So kann
auch die erste Kolbenfläche 4 im
Verhältnis
von z.B. 2,2:1 zur zweiten Kolbenfäche 5 stehen. In diesem
Fall kehrt sich die Entnahme bzw. das Zuführen von Druckmittel bei Betätigung des
hydrostatischen Antriebs 1 um. Wird dann durch die erste
Hydropumpe 11 und die zweite Hydropumpe 12 Druckmittel
in die erste Arbeitskammer 7 hineingefördert, so wird durch die Speisepumpe 32 bei
einem Flächenverhältnis von
2,2:1 eine Druckmittelmenge zusätzlich
in die zweite Arbeitsleitung 10 hineingefördert. Bei
umgekehrter Förderrichtung
wird dagegen durch das Spülventil 45 aus
der ersten Arbeitsdruckleitung 9 Druckmittel in die Speiseeinrichtung 31 und
letztlich in das Tankvolumen 18 abgeführt. Durch die Verwendung des
Spülventils 45 mit
seiner symmetrischen Anbindung an die erste Arbeitsleitung 9 und
die zweite Arbeitsleitung 10 kann somit eine einheitliche
Hydropumpeneinheit 30 verwendet werden, an die beliebige
Hydraulikzylinder 2 anschließbar sind.
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In
der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydrostatischen
Antriebs 1' dargestellt.
Die mit den Elementen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmenden
Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass auf
eine erneute detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann. Im
Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel
der 1 ist in der ersten Arbeitsleitung 9 und
in der zweiten Arbeitsleitung 10 jeweils ein Lasthalteventil 55, 56 vorgesehen.
Das erste Lasthalteventil 55 ist in der ersten Arbeitsleitung 9 angeordnet.
Entsprechend ist in der zweiten Arbeitsleitung 10 das zweite
Lasthalteventil 56 angeordnet. Die beiden Lasthalteventile 55, 56 sind
von identischer Bauweise. Das erste Lasthalteventil 55 wird durch
eine erste Vorspannfeder 57 in seiner Ausgangsposition
gehalten. In der Ausgangsposition des ersten Lasthalteventils 55 ist
eine in eine Richtung durchströmbare
Verbindung der ersten Arbeitsleitung 9 erzeugt. Dies wird
durch eine Rückschlagventilfunktion
des ersten Lasthalteventils 55 in seiner Ausgangsposition
erreicht. Wird dagegen das erste Lasthalteventil 55 in
seine zweite Schaltposition gebracht, so ist eine durchstörmbare Verbindung
in der entgegengesetzten Richtung möglich.
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Das
Rückschlagventil
in der Ausgangsposition des ersten Lasthalteventils 55 öffnet in
Richtung auf die erste Arbeitskammer 7 hin und sperrt bei
einem aus der ersten Arbeitkammer 7 herausgerichteten Volumenstrom.
Das erste Lasthalteventil 55 ist ebenso wie das zweite
Lasthalteventil 56 druckkompensiert, um ein Verstellen
der Lasthalteventile 55, 56 entgegen der Kraft
der ersten bzw. zweiten Vorspannfeder 57, 58 zu
ermöglichen.
Hierzu wirkt jeweils der auf Seiten der ersten Arbeitskammer 7 bzw. der
zweiten Arbeitskammer 8 herrschende Arbeitsdruck sowohl
gleichsinnig mit der ersten bzw. zweiten Vorspannfeder 57, 58 als
auch in entgegensetzter Richtung auf das erste bzw. zweite Lasthalteventil 55, 56.
Die in entgegengesetzter Richtung druckbeaufschlagten Flächen des
ersten Lasthalteventils 55 bzw. des zweiten Lasthalteventils 56 unterscheiden sich
jedoch, so dass ein leichtes Verstellen der Lasthalteventile 55, 56 in
ihre jeweils zweite Schaltposition möglich ist. Zum Zuführen der
Arbeitsdrücke
der ersten Arbeitsleitung 9 sind erste Kompensationsleitungen 59', 59'' vorgesehen. Dementsprechend sind zweite
Kompensationsleitungen 60', 60'' an dem zweiten Lasthalteventil 56 vorgesehen.
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Um
das erste Lasthaltenventil 55 aus seiner Ausgangsposition
entgegen der Kraft der ersten Vorspannfeder 57 in seine
zweite Schaltposition zu bringen, ist eine erste Steuerleitung 61 vorgesehen.
Die erste Steuerleitung 61 verbindet das erste Lasthalteventil 55 mit
der ersten Stelldruckleitung 26. In gleicher Weise ist
die zweite Stelldruckleitung 27 über eine zweite Steuerleitung 62 mit
dem zweiten Lasthalteventil 56 verbunden.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden
die beiden Lasthalteventile 55, 56 hydraulisch
betätigt.
Es ist jedoch in einer alternativen Ausführungsform auch möglich, die
Lasthalteventile elektrisch anzusteuern. Die Ansteuerung mit einem entsprechenden
Steuersignal erfolgt dann entsprechend der Ansteuerung des Stelldruckregelventils 25.
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Während in
dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 die
erste Entnahmeleitung 46 und die zweite Entnahmeleitung 47 mit
der ersten Arbeitsleitung 9 bzw. der zweiten Arbeitsleitung 10 bezüglich des
ersten Druckbegrenzungsventils 43 und des zweiten Druckbegrenzungsventils 44 auf
der zu dem Hydraulikzylinder 2 hin orientierten Abschnitt
verbunden sind, ist die Anordnung in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 vertauscht.
Ausgehend von dem Hydraulikzylinder 2 ist mit der ersten
Arbeitsleitung 9 nacheinander die zweite Verbindungsleitung 41,
die erste Entnahmeleitung 46 und die erste Speiseleitung 37 verbunden.
Das erste Lasthalteventil 55 ist dabei zwischen den Verbindungsstellen
der ersten Entnahmeleitung 46 und der zweiten Verbindungsleitung 41 angeordnet.
Die Anordnung bezüglich
der zweiten Arbeitsleitung 10 ist dementsprechend.
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Der
veränderten
Anordnung wird auch dadurch Rechnung getragen, dass die zweite und
dritte Verbindungsleitung 41, 42 über einen
Speisedruckleitungsabschnitt 34' und die erste Verbindungsleitung 28 mit
der Speisedruckleitung 34 verbunden sind.
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Durch
das Vorsehen des ersten Lasthalteventils 55 und des zweiten
Lasthalteventils 56 in der ersten Arbeitsleitung 9 bzw.
der zweiten Arbeitsleitung 10 ist es möglich, in einer beliebigen
Position den Arbeitskolben 3 hydraulisch einzuspannen und somit
eine ungewollte Bewegung zu verhindern. In den Ausgangsstellungen
des ersten Lasthalteventils 55 und des zweiten Lasthalteventils 56 ist
ein Entweichen von Druckmittel aus der ersten Arbeitskammer 7 bzw.
der zweiten Arbeitskammer 8 aufgrund des in dem Lasthalteventil 55, 56 angeordneten
Rückschlagventils
nicht möglich.
Sobald der Stellkolben 22 in seine Ausgangsposition zurückkehrt
und die Stelldruckkammern 23, 24 entspannt sind,
liegt über die
erste Steuerleitung 61 und die zweite Steuerleitung 62 kein
ausreichender Steuerdruck an dem ersten Lasthalteventil 55 und
dem zweiten Lasthalteventil 56 an, um das jeweilige Lasthalteventil 55 bzw. 56 in
seine geöffnete
Position zu bringen. Wird dagegen eine Stelldruckkammer der Verstellvorrichtung 20 mit einem
Stelldruck beaufschlagt, so wird bei Beaufschlagen der ersten Stelldruckkammer 23 über die erste
Steuerleitung 61 das erste Lasthalteventil 55 in seine
zweite Schaltposition gebracht und ein Abströmen von Druckmittel aus der
ersten Arbeitskammer 7 ist möglich. Wird die Verstellvorrichtung 20 in
entgegengesetzter Richtung zum Erzeugen einer umgekehrten Förderrichtung
beaufschlagt, so geht das erste Lasthalteventil 55 wieder
in seine Ausgangsposition aufgrund der Kraft der ersten Vorspannfeder 57 zurück. Gleichzeitig öffnet das
zweite Lasthalteventil 56 und gibt einen Strömungsweg
zum Abströmen von
Druckmittel aus der zweiten Arbeitskammer 8 in die zweite
Arbeitsleitung 10 frei.
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Bei
rein einseitigen Anwendungen, beispielsweise dem hydraulischen Heben
von Lasten, bei dem in stationärem
Zustand ein Abströmen
nur aus einer der beiden Arbeitskammern 7, 8 zu
erwarten ist, ist es auch möglich,
lediglich ein Lasthalteventil 55 oder 56 in der
entsprechenden Arbeitsleitung 9, 10 vorzusehen.
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Ausgehend
von dem zweiten Ausführungsbeispiel
der 2 ist das Ausführungsbeispiel
nach 3 dahingehend erweitert, dass die Saugleitung 17 der
ersten Hydropumpe 11 mit einem Hydrospeicher 63 als
Druckmittelreservoir verbunden ist. In der Saugleitung 17 ist
zwischen dem Hydrospeicher 63 und der ersten Hydropumpe 11 vorzugsweise
ein Sperrventil 64 angeordnet. Das Sperrventil 64 ist
wiederum druckkompensiert über
dritte Kompensationsleitungen 65', 65''.
Die Ansteuerung des Sperrventils 64 erfolgt über eine
dritte Steuerleitung 66, welche von der zweiten Steuerleitung 62 abzweigt.
Das Sperrventil 64 wird so bei einer Förderung von Druckmittel in
Richtung der ersten Arbeitskammer 7 in seine geöffnete Position
gebracht. In einer alternativen Ausführungsform kann das Sperrventil 64 wie
schon die beiden Lasthalteventile 55, 56 ebenfalls
elektrisch angesteuert werden.
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Die
Verwendung eines Hydrospeichers 63, welcher beispielsweise
als Hydromembranspeicher ausgeführt
ist, hat den Vorteil, dass bei einer Förderung von Druckmittel aus
der ersten Arbeitskammer 7 heraus in Richtung auf die zweite
Arbeitskammer 8 zu nicht nur durch die zweite Hydropumpe 12 gegen einen
Gegendruck gearbeitet werden muss, sondern aufgrund des Hydrospeichers 63 auch
durch die erste Hydropumpe 11 entgegen eines Drucks gefördert werden
muss. Dies verbessert die Gleichmäßigkeit der Belastung für die erste
Hydropumpe 11 und die zweite Hydropumpe 12. Zudem
ist bei der Entnahme von Druckmittel aus der ersten Arbeitskammer 7 die Möglichkeit
gegeben, einen Teil der frei werdenden Energie, beispielsweise beim
Senken einer Last in Form von Druckenergie in dem ersten Hydrospeicher 63 zu
speichern. Bei einer Umkehrung der Förderrichtung wird diese Druckenergie
frei, so dass lediglich eine verringerte Druckdifferenz durch die
erste Hydropumpe 11 erzeugt werden muss.
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Ausgehend
von dem Ausführungsbeispiel der 3 ist
in der 4 ein zweiter Hydrospeicher 67 vorgesehen.
Mit dem zweiten Hydrospeicher 64 ist die erste Verbindungsleitung 28 verbunden.
Der zweite Druckspeicher 67 dient dazu, Druckschwankungen
in der Speiseeinrichtung 31 zu verringern. Solche Druckschwankungen
können
insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Antriebsmaschine auftreten,
da die von der Speisepumpe 32 geförderte Druckmittelmenge unmittelbar
mit der Drehzahl der Antriebsmaschine zusammenhängt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr
sind vorteilhafte Kombinationen einzelner in den unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
gezeigter Merkmale möglich.