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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit veränderbarem Verdrängervolumen, die im geschlossenen Kreislauf betreibbar ist und in einen Arbeitskreis Druckmittel fördert, wobei das Verdrängervolumen mittels einer Stelleinrichtung einstellbar ist, die einen mit einem ersten Steuerdruckraum und einem zweiten Steuerdruckraum versehene Stellkolbeneinrichtung umfasst, die mit einem Verdrängervolumenstellorgan, insbesondere einer Schrägscheibe, in Wirkverbindung steht, wobei die Steuerdruckräume der Stellkolbeneinrichtung mittels eines Stellventils mit einer Speisedruckquelle verbindbar oder zu einem Behälter entlastbar sind, wobei die Verdrängermaschine und die Speisedruckquelle von einer Antriebsmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor, angetrieben sind und wobei die Verdrängermaschine eine Rückschwenkeinrichtung aufweist, die bei einem Abfall des Speisedrucks der Speisedruckquelle eine Beaufschlagung der Verdrängermaschine in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens sicherstellt.
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Derartige hydrostatische Verdrängermaschinen mit veränderbarem Verdrängervolumen, die im geschlossenen Kreislauf betrieben sind, werden als Pumpen beispielsweise in Fahrantrieben von mobilen Arbeitsmaschinen verwendet. Das Verdrängervolumen der Verdrängermaschine bestimmt hierbei die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine.
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Zur Einstellung des Verdrängervolumens der Verdrängermaschine ist eine Stelleinrichtung vorgesehen. Die Stelleinrichtung umfasst eine Stellkolbeneinrichtung, die mit einem das Verdrängervolumen bestimmenden Verdrängervolumenstellorgan in Wirkverbindung steht, beispielsweise einer in einer Neigung verstellbaren Schrägscheibe einer als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildeten Verdrängermaschine. Zur Beaufschlagung der Stellkolbeneinrichtung ist ein Stellventil, beispielsweise ein Stelldruckregelventil, vorgesehen, das mit einer Speisedruckquelle und einem Behälter in Verbindung steht und die Beaufschlagung der Stelldruckräume der Stellkolbeneinrichtung mit einem aus dem Speisedruck der Speisedruckquelle erzeugten Stelldruck steuert. Die von dem Stelldruck im Steuerdruckraum beaufschlagte Stelleinrichtung erzeugt an dem Verdrängervolumenstellorgan ein Stellmoment, das zusammen mit einem Eigenstellmoment des Verdrängervolumenstellorgan, das aus den an den Kolben der Verdrängermaschine anstehenden Kräften erzeugt wird, die gewünschte Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans bewirkt. Das als Stelldruckregelventil ausgebildete Stellventil ist hierbei in der Regel als lagegeregeltes Pilotventil ausgebildet, das von einem Ansteuersignal angesteuert wird, der einen Sollwert für das Verdrängervolumen vorgibt, und an das die Istposition des Verdrängervolumenstellorgans zurückgemeldet wird. Die Stelleinrichtung der Verdrängermaschine zur Einstellung des Verdrängervolumens ist somit als Lageregelung mit einem Wegabgleich ausgeführt.
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Die Verdrängermaschine und die Speisedruckquelle, die in der Regel von einer Speisedruckpumpe gebildet ist und einen konstanten Speisedruck erzeugt, werden gemeinsam von einer Antriebsmaschine, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, angetrieben. Die Speisedruckpumpe ist in der Regel als Konstantpumpe mit einem festen Verdrängervolumen ausgebildet, so dass die Fördermenge der Speisepumpe proportional zur Drehzahl der Antriebsmaschine ist.
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Bei geringen Antriebsdrehzahlen der Antriebsmaschine und damit einhergehenden geringem Speisevolumenstrom der Speisedruckpumpe kann es zu einem Abfall und Einbruch des Speisedrucks der Speisedruckpumpe kommen. Aufgrund des Abfalls des Speisedrucks kann es bei angesteuertem Stellventil durch die verringerten Kräfte im Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung zu Betriebszuständen kommen, bei denen die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans mit dem Lageregelkreis nicht mehr sichergestellt ist und die Verdrängermaschine nicht mehr mit dem ausgelegten positiven Verhältnis aus Verstellmoment und Eigenstellmoment arbeitet.
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Im Falle einer Drehzahldrückung der Antriebsmaschine und somit einer Überlastung der Antriebsmaschine kann somit eine gewünschte Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens nicht sichergestellt werden und es kann unter Umständen zu Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Erhöhung des Verdrängervolumens durch das Eigenstellmoment kommen, wodurch die Antriebsmaschine abgewürgt werden kann.
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Bei der Verwendung einer derartigen Verdrängermaschine als Pumpe in einem hydrostatischen Fahrantrieb einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise einem Radlader, kann ein derartiges Abwürgen des als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmaschine in Betriebszuständen auftreten, in denen mit einer Schaufel in ein Haufwerk gefahren wird und zusätzliche eine Arbeitshydraulik belastet wird, beispielsweise zum Ankippen oder Heben der Schaufel. Hierbei kann es zu einer Drehzahldrückung der Antriebsmaschine mit einem entsprechenden Abfall und Einbruch des Speisedrucks kommen, wodurch eine zusätzliche Belastung der Antriebsmaschine auftreten kann, die zum Abwürgen der Antriebsmaschine führt, da das Verdrängervolumenstellorgan der Verdrängermaschine durch den verringerten Speisedruck und durch das Eigenstellmoment nicht mehr in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens zur Entlastung der Antriebsmaschine verstellt wird.
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Um die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans in allen Betriebssituationen in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens sicherzustellen, ist es bereits bekannt, an dem Stellkolben eine Rückschwenkeinrichtung mit entsprechenden Federn vorzusehen, die bei einem Einbruch des Speisedrucks mit entsprechend hoher Federkraft die Stellkolbeneinrichtung und somit das Verdrängervolumenstellorgan in Richtung einer Neutralstellung mit Verdrängervolumen Null und somit in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens beaufschlagen. Eine Verdrängermaschine mit einer derartigen Rückschwenkeinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 40 02 017 A1 bekannt. Eine derartige Rückschwenkeinrichtung führt jedoch aufgrund der hohen Federkräfte an der Stellkolbeneinrichtung zu einem hohen Bauaufwand, da die Rückstellkräfte der Federn auch im normalen Betrieb der Verdrängermaschine beim Ausschwenken des Verdrängervolumenstellorgans durch den im Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung anstehenden Stelldruck überwunden werden müssen, so dass ein entsprechend hohes Stelldruckniveau mit entsprechend groß dimensionierten Stelldruckräumen der Stellkolbeneinrichtung erforderlich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei der bei einem Abfall des Speisedrucks ein sicheres Verstellen des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens bei geringem Bauaufwand erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückschwenkeinrichtung mindestens ein Druckzuschaltventil umfasst, das eingangsseitig mit dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine in Verbindung steht, wobei das Druckzuschaltventil bei einem Abfall des Speisedruckes der Speisedruckquelle unterhalb eines Grenzdruckes eine Versorgung der Stelleinrichtung der Verdrängermaschine mit Druckmittel aus dem Arbeitskreis ermöglicht. Der erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin, eine Rückschwenkeinrichtung mit einem Druckzuschaltventil vorzusehen, das bei einem Abfall und Einbruch des Speisedruckes der Speisedruckquelle die Stelleinrichtung mit Druckmittel aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine versorgt, so dass im Falle eines Abfalls und Einbruchs des Speisedrucks auf einfache Weise aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine mit dem Druckzuschaltventil ein Volumenstrom entnommen wird, der die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Verringerung der Verdrängervolumens sicherstellt. Mit einem derartigen Druckzuschaltventil kann somit durch die Entnahme eines Volumenstroms zur Versorgung der Stelleinrichtung aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine ohne Erhöhung der Federkraft der Federn an der Stellkolbeneinrichtung auf einfache Weise bei einer Drehzahldrückung der Antriebsmaschine und einem damit einhergehenden Abfall des Speisedrucks der Speisedruckquelle die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Verringerung der Verdrängervolumens sichergestellt werden, so dass ein Abwürgen der Antriebsmaschine bei einem Abfall des Speisedrucks wirksam vermieden werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine soll das Druckzuschaltventil nur bei einem Abfall und somit einem entsprechenden Einbruch des Speisedrucks wirksam werden, um die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens durch die Verbindung der Stelleinrichtung mit dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine sicherzustellen. Hierzu ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Druckzuschaltventil bei einem Speisedruck der Speisedruckquelle oberhalb des Grenzdruckes die Verbindung des Arbeitskreises mit der Stelleinrichtung absperrt und die Stelleinrichtung von der Speisedruckquelle mit Druckmittel versorgt wird. Bei einem ausreichenden Speisedruck ist somit das Druckzuschaltventil nicht wirksam und die Stelleinrichtung wird von der Speisedruckquelle mit Druckmittel versorgt.
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Diese Funktionalität des Druckzuschaltventils kann bei geringem Bauaufwand erzielt werden, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung das Druckzuschaltventil von dem Speisedruck der Speisedruckquelle in Richtung einer Sperrstellung beaufschlagt ist, in der die Verbindung des Arbeitskreises mit der Stelleinrichtung abgesperrt ist, und von dem Druck des Arbeitskreises in Richtung einer Durchflussstellung beaufschlagt ist, in der der Arbeitskreis mit der Stelleinrichtung verbunden ist.
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Gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung steht das Druckzuschaltventil ausgangsseitig mit einer zu dem Stellventil geführten Speisedruckversorgungsleitung der Speisedruckquelle in Verbindung. Bei in die Durchflussstellung beaufschlagtem Druckzuschaltventil bei einem entsprechenden Abfall und Einbruch des Speisedrucks wird somit durch die Verbindung der Speisedruckversorgungsleitung mit dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine mittels des Druckzuschaltventils in der Speisedruckversorgungsleitung ein Volumenstrom aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine ergänzt, so dass der am Stellventil anstehende Speisedruck durch den Volumenstrom aus dem Arbeitskreis mittels des Druckzuschaltventils aufrechterhalten wird. Bei entsprechendem betätigtem Stellventil kann somit mit dem Volumenstrom aus dem Arbeitskreis die Druckmittelversorgung der Stellkolbeneinrichtung über das Stellventil und die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans der Verdrängereinheit in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens auf einfache Weise sichergestellt wird. In der Regel ist bei derartigen Verdrängermaschinen das Speisedruckniveau des Speisedrucks geringer als der Arbeitsdruck im Arbeitskreis, so dass die Stellkolbeneinrichtung nicht auf die höheren Drücke des Arbeitskreises ausgelegt ist. Mit dem ausgangsseitigen Anschluss des Druckzuschaltventils an die Speisedruckversorgungsleitung wird auf einfache Weise erzielt, dass bei in der Durchflussstellung befindlichem Druckzuschaltventil der von dem Druckzuschaltventil an der Ausgangsseite erzeugte Druck an das Druckzuschaltventil zurückgemeldet wird und das Druckzuschaltventil in Richtung der Sperrstellung beaufschlagt, so dass auf einfache Weise der in der Durchflussstellung von dem Druckzuschaltventil aus dem Arbeitskreis erzeugte und die Stellkolbeneinrichtung beaufschlagende Druck auf das Niveau des Speisedrucks begrenzt wird, so dass eine Überlastung der Stellkolbeneinrichtung auf einfache Weise vermieden werden kann.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung steht das Druckzuschaltventil ausgangsseitig mit einem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung in Verbindung. Bei in die Durchflussstellung beaufschlagtem Druckzuschaltventil bei einem entsprechenden Abfall und Einbruch des Speisedrucks wird somit durch die Verbindung des Stelldruckraums der Stellkolbeneinrichtung mit dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine mittels des Druckzuschaltventils direkt der Stellkolben mit einem aus dem Arbeitskreis gedeckten Volumenstrom beaufschlagt, so dass die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans der Verdrängereinheit in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens auf einfache Weise sichergestellt wird.
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Das Druckzuschaltventil ist hierzu gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ausgangsseitig an eine mit dem Steuerdruckraum verbundene Steuerdruckleitung angeschlossen, die mittels des Stellventils mit einem Behälter verbunden ist. Hierdurch kann auf einfache Weise an dem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung mittels des Druckzuschaltventils ein aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine gedeckter Volumenstrom zugeführt werden, der die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans der Verdrängereinheit in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens sicherstellt.
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Das Druckzuschaltventil kann hierzu alternativ ausgangsseitig an eine mit dem Behälter verbundene Ablaufleitung des Stellventils angeschlossen sein. Da die Ablaufleitung bei entsprechend angesteuertem Stellventil mit dem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumen wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung verbunden ist, kann somit bei geöffnetem Druckzuschaltventil dem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung ein aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine gedeckter Volumenstrom zugeführt werden, der die Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans der Verdrängereinheit in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens sicherstellt.
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Um hierbei einen entsprechenden Stelldruck erzeugen zu können, der am Stelldruckraum ansteht und die Stellkolbeneinrichtung in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens verstellt, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in der Steuerdruckleitung bzw. der Ablaufleitung zum Aufstauen eines in Richtung der Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Stelldrucks eine Drosseleinrichtung angeordnet. Bei in der Durchflussstellung befindlichem Druckzuschaltventil wird somit in der mit dem Behälter verbundende Steuerdruckleitung mittels der Drosseleinrichtung ein Stelldruck aufgestaut, der in dem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung ansteht. Mit einer derartigen Drosseleinrichtung kann somit auf einfache Weise aus dem Arbeitskreis der Verdrängermaschine ein Stelldruck aufgestaut werden, der die Beaufschlagung des Verdrängervolumenstellorgans in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens sicherstellt.
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Bei einem derartigen Druckzuschaltventil, das ausgangsseitig mit dem in Richtung der Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung verbunden ist, kann eine Begrenzung des von dem Druckzuschaltventil in der Durchflussstellung aus dem Arbeitskreis erzeugten und die Stellkolbeneinrichtung beaufschlagende Druckes erzielt werden, wenn der an der Ausgangsseite des Druckzuschaltventils erzeugte Druck an das Druckzuschaltventil zurückgeführt wird und dieses in die Sperrstellung beaufschlagt. Somit kann eine Überlastung der Stellkolbeneinrichtung von dem mittels des Druckzuschaltventils aus dem Arbeitskreis erzeugten Druck auf einfache Weise vermieden werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann eine Begrenzung des von dem Druckzuschaltventil in der Durchflussstellung aus dem Arbeitskreis erzeugten und die Stellkolbeneinrichtung beaufschlagende Druckes erzielt werden, wenn das Druckzuschaltventil eingangsseitig mittels einer Drosseleinrichtung mit dem Druckmittel aus dem Arbeitskreis beaufschlagt ist. Die in der Eingangsseite angeordnete Drosseleinrichtung bildet zusammen mit der in der Steuerdruckleitung bzw. in der Ablaufleitung angeordneten Drosseleinrichtung eine Druckteilerschaltung, mit der in der Durchflussstellung des Druckzuschaltventils, das ausgangsseitig mit dem in Richtung der Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum der Stellkolbeneinrichtung verbunden ist, eine Begrenzung des von dem Druckzuschaltventil in der Durchflussstellung aus dem Arbeitskreis erzeugten und die Stellkolbeneinrichtung beaufschlagende Druckes erzielt werden kann, Mit einer derartigen Druckteilerschaltung kann ebenfalls auf einfache Weise eine Überlastung der Stellkolbeneinrichtung von dem mittels des Druckzuschaltventils aus dem Arbeitskreis erzeugten Druck vermieden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Verdrängermaschine als beidseitig verstellbare und im geschlossenen Kreislauf betriebene Pumpe ausgebildet, wobei die Rückschwenkeinrichtung in eine Schwenkrichtung oder in beide Schwenkrichtungen der Pumpe wirksam ist. Mit einer ausgehend von einer Neutralstellung mit der Fördermenge Null in beide Richtungen verstellbaren Pumpe kann ein in einem geschlossenen Kreislauf betriebener Verbraucher in beide Bewegungsrichtungen betrieben werden. Sofern hierbei nur in einer Bewegungsrichtung des Verbrauchers bei einem Abfall des Speisedruck ein Zurückschwenken der Pumpe in Richtung der Neutralstellung sichergestellt werden soll, kann die erfindungsgemäße Rückschwenkeinrichtung nur in einer Schwenkrichtung wirksam ist, beispielsweise mittels eines einzigen Druckzuschaltventils, das für die gewählte Bewegungsrichtung mit der entsprechenden Hochdruckseite des Verbrauchers in Verbindung steht. Sofern in beiden Bewegungsrichtung des Verbrauchers bei einem Abfall des Speisedruck ein Zurückschwenken der Pumpe in Richtung der Neutralstellung sichergestellt werden soll, kann dies mit einer erfindungsgemäßen und in beiden Schwenkrichtungen wirksamen Rückschwenkeinrichtung erzielt werden, beispielsweise mittels zwei Druckzuschaltventilen, von denen jeweils eines für eine bestimmte Bewegungsrichtung mit der entsprechenden Hochdruckseite des Kreislaufs in Verbindung steht, oder mit einem einzigen Druckzuschaltventil, das für beide Bewegungsrichtungen mit den entsprechenden Hochdruckseiten des Verbrauchers verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen hydrostatischen Fahrantrieb mit einer als Pumpe ausgebildeten Verdrängermaschine mit einer erfindungsgemäßen Rückschwenkeinrichtung und eine mobile Arbeitsmaschine mit einem derartigen hydrostatischen Fahrantrieb. Bei einer mobilen Arbeitsmaschine mit einem hydrostatischen Fahrantrieb kann mit der erfindungsgemäßen Rückschwenkeinrichtung auf einfache Weise bei einem Abfall und somit einem entsprechenden Einbruch der die Stelleinrichtung der Pumpe mit Druckmittel versorgenden Speisedruckquelle ein Zurückschwenken der Pumpe in Richtung einer Verringerung der Fördermenge sichergestellt werden, um ein Abwürgen des Antriebsmotors zu verhindern.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Weiterbildung der 1,
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3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung und
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5 eine Weiterbildung der 4.
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In der 1 ist der Schaltplan eines hydrostatischen Antriebssystems im geschlossenen Kreislauf, beispielsweise eines Fahrantriebs einer mobilen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Radladers, gezeigt.
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Von einer Antriebsmaschine 1, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, wird eine als Pumpe ausgebildete hydrostatische Verdrängermaschine 2 angetrieben, die im geschlossenen Kreislauf mit mindestens einem hydraulischen Verbraucher 3, insbesondere einem hydraulischen Motor, in Verbindung steht. Der Verbraucher 3 steht hierbei auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Antriebsrad oder einer Antriebsachse der Arbeitsmaschine in Verbindung. Der geschlossene Kreislauf bildet einen Arbeitskreis, in den die Verdrängermaschine 2 Druckmittel fördert und der aus einer ersten Druckmittelleitung 4a und einer zweiten Druckmittelleitung 4b besteht.
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Die Verdrängermaschine 2 ist als Verstellpumpe mit veränderbarem Verdrängervolumen und somit Fördervolumen ausgebildet und weist zur Einstellung des Verdrängervolumens ein Verdrängervolumenstellorgan 5 auf, beispielsweise eine als Wiege ausgebildete Schrägscheibe einer als Axialkolbenmaschine ausgebildeten Verdrängermaschine, die zur Verstellung mit einer Stelleinrichtung 6 in Wirkverbindung steht. Die Verdrängermaschine 2 ist ausgehend von einer Neutralstellung mit Verdrängungsvolumen Null in beide Richtungen verstellbar, um in die Druckmittelleitung 4a oder in die Druckmittelleitung 4b zu fördern.
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Die Stelleinrichtung 6 weist eine mit dem Verdrängervolumenstellorgan 5 in Wirkverbindung stehende, federzentrierte Stellkolbeneinrichtung 7 auf, die mit einem ersten Steuerdruckraum 7a und einen zweiten Steuerdruckraum 7b versehen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stellkolbeneinrichtung 7 als Stellkolben mit zwei entgegengesetzt wirkenden Steuerdruckräumen 7a, 7b ausgebildet. Alternativ kann die Stellkolbeneinrichtung 7 von zwei entgegenwirkenden Stellkolben mit jeweils einem Steuerdruckraum 7a bzw. 7b ausgebildet werden.
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Zur Steuerung der Beaufschlagung der Stelldruckräume 7a, 7b der Stellkolbeneinrichtung 7 ist ein lagegeregeltes, als Pilotventil ausgebildetes Stellventil 8 vorgesehen. Das Stellventil 6 weist einen Speisedruckanschluss 9 auf, der mit einer Speisedruckversorgungsleitung 10 einer beispielsweise als Speisedruckpumpe ausgebildeten Speisedruckquelle 11 in Verbindung steht. Die als Speisedruckpumpe ausgebildeten Speisedruckquelle 11 ist zusammen mit der Verdrängermaschine 2 von der Antriebsmaschine 1 angetrieben. Hierzu ist eine gemeinsame Antriebwelle 12 vorgesehen, mittels der die Verdrängermaschine 2 und die Speisedruckpumpe mit der Antriebsmaschine 1 trieblich verbunden sind. Die Speisedruckquelle 11 ist als im offenen Kreislauf betriebene Speisedruckpumpe ausgebildet, die aus einem Behälter Druckmittel ansaugt und in die Speisedruckversorgungsleitung 10 fördert.
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Ein Behälteranschluss 13 des Stellventils 8 ist mittels einer Ablaufleitung 14 mit einem Behälter verbunden.
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Das Stellventil 8 weist weiterhin einen ersten Stelldruckanschluss 15a auf, der mittels einer ersten Steuerdruckleitung 16a mit dem ersten Steuerdruckraum 7a der Stellkolbeneinrichtung 7 verbunden ist. Ein zweiter Stelldruckanschluss 16b des Stellventils 8 steht mittels einer zweiten Steuerdruckleitung 16b mit dem zweiten Steuerdruckraum 7b der Stellkolbeneinrichtung 7 in Verbindung. Die Stellkolbeneinrichtung 7 und somit das Verdrängervolumenstellorgan 5 steht mittels eines mechanischen Kopplungsmittel 18 mit dem Gehäuse des Stellventils 8 zur Rückmeldung der Istposition des Verdrängervolumenstellorgans 5 in Wirkverbindung.
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Der Steuerschieber des Stellventils 8 steht zur Ansteuerung mittels eines mechanischen Kopplungsmittels 17 mit einer im dargestellten Ausführungsbeispiel als Nehmerkolben 20 ausgebildeten Vorsteuereinrichtung in Wirkverbindung. Der Nehmerkolben 20 ist in einem Nehmerzylinder 21 längsverschiebbar angeordnet und weist einen von einem ersten Ansteuersignal Z beaufschlagbaren ersten Steuerdruckraum 20a und einen von einem zweiten Ansteuersignal Y beaufschlagbaren zweiten Steuerdruckraum 20b auf. In den Steuerdruckräumen 20a, 20b ist zur Federzentrierung des Nehmerkolbens 20 jeweils eine Feder angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ansteuersignale Z, Y als hydraulische Ansteuerdrücke ausgebildet.
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An dem Nehmerkolben 20 ist ein erster Zusatzkolben 25a vorgesehen, der dem im ersten Steuerdruckraum 20a anstehenden Ansteuersignal Z entgegenwirkt und über eine Leitung 23a von dem in der zweiten Druckmittelleitung 4b anstehenden Druck beaufschlagt ist. Ein zweiter Zusatzkolben 25b ist mittels einer Leitung 23b von dem in der ersten Druckmittelleitung 4a anstehenden Druck beaufschlagt und wirkt dem im zweiten Steuerdruckraum 20b anstehenden Ansteuersignal Y entgegen.
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Durch ein am Nehmerkolben 20 anstehendes Ansteuersignal Y wird hierbei das Stellventil 8 nach in der 2 rechts in Richtung einer ersten Schaltstellung 8a beaufschlagt, in der die Steuerdruckleitung 16a mit der Speisedruckversorgungsleitung 10 in Verbindung steht und die Steuerdruckleitung 16b über die Ablaufleitung 14 mit dem Behälter verbunden ist. In dieser Schaltstellung 8a wird die Stellkolbeneinrichtung 7 durch einen im Steuerdruckraum 7a anstehenden Stelldruck derart in Richtung einer Erhöhung des Verdrängervolumens ausgelenkt und das Verdrängervolumenstellorgan 5 ausgeschwenkt, dass die Verdrängermaschine 2 in die erste Druckmittelleitung 4a fördert, die somit die Hochdruckseite des geschlossenen Kreislaufs und die Förderseite des Arbeitskreises bildet. Die Druckmittelleitung 4b bildet somit die Niederdruckseite des geschlossenen Kreislaufs. Der in der ersten Druckmittelleitung 4a anstehende Hochdruck des Arbeitskreises steht über die Leitung 23b an dem Zusatzkolben 25b an und wirkt an dem Nehmerkolben 20 dem Ansteuersignal Y entgegen in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens der Verdrängermaschine 2.
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Bei einem am Nehmerkolben 20 anstehenden Ansteuersignal Z wird das Stellventil 8 nach in der 2 links in Richtung einer zweiten Schaltstellung 8b beaufschlagt, in der die Steuerdruckleitung 16b mit der Speisedruckversorgungsleitung 10 in Verbindung gelangt und die Steuerdruckleitung 16a mit dem Behälter verbunden ist, wobei die Stellkolbeneinrichtung 7 durch einen im Steuerdruckraum 7b anstehenden Stelldruck derart in Richtung einer Erhöhung des Verdrängervolumens ausgelenkt und das Verdrängervolumenstellorgan 5 ausgeschwenkt wird, dass die Verdrängermaschine 2 in die zweite Druckmittelleitung 4b fördert, die somit die Hochdruckseite des geschlossenen Kreislaufs und die Förderseite des Arbeitskreises bildet. Die Druckmittelleitung 4a bildet somit die Niederdruckseite des geschlossenen Kreislaufs. Der in der zweiten Druckmittelleitung 4b anstehende Hochdruck des Arbeitskreises steht über die Leitung 23a an dem Zusatzkolben 25a an und wirkt an dem Nehmerkolben 20 dem Ansteuersignal Z entgegen in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens der Verdrängermaschine 2.
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Die von der Speisedruckpumpe gebildete Speisedruckquelle 11 erzeugt in der Speisedruckversorgungsleitung 10 einen konstanten Speisedruck, der mittels eines Speisedruckbegrenzungsventils 31 abgesichert ist.
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Die Stelleinrichtung 6 der Verdrängermaschine 2, bei der aus dem Speisedruck in der Speisedruckversorgungsleitung 10 bei angesteuertem Stellventil 8 ein Stelldruck in dem Steuerdruckraum 7a bzw. 7b zur Verstellung der Verdrängervolumenstellorgans 5 erzeugt wird, bildet hierbei einen Verbraucher der Speisedruckquelle 11. Ein weiterer Verbraucher der Speisedruckquelle 11 ist von einer Nachspeiseinrichtung 30 des geschlossenen Kreislaufs gebildet. Die Nachspeiseinrichtung 30 ist weiterhin zur Absicherung des geschlossenen Kreislaufs vorgesehen und aus kombinierten Druckbegrenzungs-Nachsaugeventile 30a, 30b gebildet. Das Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 30a steht mit der Druckmittelleitung 4a und das Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 30b mit der Druckmittelleitung 4b in Verbindung. Die Druckbegrenzungs-Nachsaugeventil 30a, 30b sind zur Nachspeisung von Druckmittel in den geschlossenen Kreislauf an die Speisedruckversorgungsleitung 10 angeschlossen.
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Bei einer Drehzahldrückung der Antriebsmaschine 2 kann es durch die verringerte Antriebsdrehzahl der Speisedruckquelle 11 und somit einer verringerten Fördermenge der Speisedruckquelle 11 zu einem Abfall und einem Einbruch des Speisedruckes in der Speisedruckversorgungsleitung 10 kommen, beispielsweise wenn eine als Radlader ausgebildete mobile Arbeitsmaschine in ein Haufwerk fährt und zusätzlich eine Arbeitshydraulik betätigt wird.
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Um in einem derartigen Betriebszustand zur Entlastung der Antriebsmaschine 1 die Verdrängermaschine 2 in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens zu beaufschlagen und somit das Verdrängervolumenstellorgan 5 in Richtung der Neutralstellung zurückzuschwenken, ist eine Rückschwenkeinrichtung 40 vorgesehen, die erfindungsgemäß von einem Druckzuschaltventil 41 gebildet ist.
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Das Druckzuschaltventil 41 steht eingangsseitig mit dem von dem geschlossenen Kreislauf gebildeten Arbeitskreis der Verdrängermaschine 2 in Verbindung und ermöglicht, dass bei einem Abfall und somit einem Einbruch des von der Speisedruckquelle 11 erzeugten Speisedruckes in der Speisedruckversorgungsleitung 10 unterhalb eines Grenzdruckwertes die Stelleinrichtung 6 mit einem aus dem Arbeitskreis entnommenen Volumenstrom in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens beaufschlagt und somit das Verdrängervolumenstellorgan 5 mit einem aus dem Arbeitskreis gedeckten Volumenstrom in Richtung der Neutralstellung zurückgeschwenkt wird.
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Das Druckzuschaltventil 41 sperrt bei einem ausreichenden, von der Speisedruckquelle 11 erzeugten Speisedruckniveau oberhalb des Grenzdruckes die Verbindung des Arbeitskreises mit der Stelleinrichtung 6 ab, so dass die Stelleinrichtung 6 und das Verdrängervolumenstellorgan 5 mit Druckmittel von der Speisedruckquelle 11 versorgt werden.
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Das Druckzuschaltventil 41 der 1 ist eingangsseitig mittels einer Zweigleitung 42 mit der ersten Druckmittelleitung 4a verbunden. Ausgangseitig steht das Druckzuschaltventil 41 der 1 mittels einer Zweigleitung 43 mit der zu dem Stellventil 8 geführten Speisedruckversorgungsleitung 10 in Verbindung. In der Zweigleitung 43 ist eine Drosseleinrichtung 46 angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Druckzuschaltventil 41 weist eine Sperrstellung auf, in der die Verbindung der Zweigleitung 42 mit der Zweigleitung 43 und somit die Verbindung des Arbeitskreises mit der Stelleinrichtung 6 abgesperrt ist. Das Druckzuschaltventil 41 ist in Richtung der Sperrstellung von dem in der Speisedruckversorgungsleitung 10 anstehenden Speisedruck der Speisedruckquelle 11 beaufschlagt. Hierzu ist eine Steuerleitung 44 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel von der Zweigleitung 43 abzweigt und zu einer in Richtung der Sperrstellung wirkenden Steuerfläche des Druckzuschaltventils 41 geführt ist. In Richtung einer Durchflussstellung, in der die Zweigleitung 42 mit der Zweigleitung 43 verbunden ist und somit die Stelleinrichtung 6 mit dem Arbeitskreis verbunden ist, ist das Druckzuschaltventil 41 von dem Druck im Arbeitskreis beaufschlagt. Hierzu ist eine Steuerleitung 45 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel von der Zweigleitung 42 abzweigt und zu einer in Richtung der Durchflussstellung wirkenden Steuerfläche des Druckzuschaltventils 41 geführt ist. Durch entsprechende Größenverhältnisse der beiden Steuerflächen des Druckzuschaltventils 41 kann hierbei der Grenzdruck vorgegeben werden, bei dem das Druckzuschaltventil 41 bei einem Abfall und Einbruch des Speisedruckes der Speisedruckquelle 11 ausgehend von der Sperrstellung in die Durchflussstellung beaufschlagt wird.
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Kommt es bei dem Antriebssystem der 1 in einem Betriebszustand, in dem die Verdrängermaschine 2 in die erste Druckmittelleitung 4a Druckmittel fördert, die somit die Hochdruckseite des Arbeitskreises bildet, zu einer Drehzahldrückung der Antriebsmaschine 1, infolge der die Fördermenge der Speisedruckquelle 11 absinkt und es zu einem Abfall und Einbruch des Speisedruckes in der Speisedruckversorgungsleitung 10 unterhalb des an dem Druckzuschaltventil 41 eingestellten Grenzdruckes kommt, wird das Druckzuschaltventil 41 in die Durchflussstellung beaufschlagt, in der das Speisedruckniveau in der Speisedruckversorgungsleitung 10 durch den aus der hochdruckseitigen Druckmitteleitung 4a entnommenen Volumenstrom aufrechterhalten wird. Bei entsprechend betätigtem Stellventil 8 wird somit mit dem aus der hochdruckseitigen Druckmittelleitung 4a des Arbeitskreises entnommenen Volumenstrom eine Beaufschlagung der Stellkolbeneinrichtung 7 in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens und ein Zurückschwenken der Verdrängervolumenstellorgan 5 sichergestellt.
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In der 1 ist die von dem Druckzuschaltventil 41 gebildete Rückschwenkeinrichtung 40 durch die eingangsseitige Verbindung mit der Druckmittelleitung 4a nur für diejenige Bewegungsrichtung des Verbrauchers 3 wirksam, in der die Verdrängermaschine 2 in die Druckmittelleitung 4a fördert und somit die Druckmittelleitung 4a die Hochdruckseite des Kreislaufs bildet. Bei einem hydrostatischen Fahrantrieb ist somit das Druckzuschaltventil 41 nur für eine Fahrtrichtung wirksam, beispielsweise die Vorwärtsfahrt, bei der ein als Radlader ausgebildete mobile Arbeitsmaschine in ein Haufwerk einfährt.
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Die 2 zeigt eine Weiterbildung der 1, bei der das Druckzuschaltventil 41 eingangsseitig den beiden Druckmittelleitungen 4a, 4b zugeordnet ist, so dass in beiden Bewegungsrichtungen des Verbrauchers 3, in denen die Verdrängermaschine 2 in die Druckmittelleitung 4a fördert und somit die Druckmittelleitung 4a die Hochdruckseite des Kreislaufs bzw. die Verdrängermaschine 2 in die Druckmittelleitung 4b fördert und somit die Druckmittelleitung 4b die Hochdruckseite des Kreislaufs bildet, durch die Entnahme eines Volumenstroms aus der jeweiligen hochdruckseitigen Druckmittelleitung 4a bzw. 4b des Arbeitskreises ein Zurückschwenken des Verdrängervolumenstellorgans 5 sichergestellt wird.
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In der 2, in der gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, ist hierzu der Eingangsseite des Druckzuschaltventils 41 eine Auswahleinrichtung 50 zugeordnet, die eingangsseitig mittels Zweigleitungen 42a, 42b mit den Druckmittelleitungen 4a, 4b verbunden ist und ausgangsseitig über die Zweigleitung 42 mit der Eingangsseite des Druckzuschaltventils 41 verbunden ist.
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In den 1 und 2 wird bei einem Abfall des Speisedruckniveaus unterhalb des Druckgrenzwertes des Druckzuschaltventils 41 durch die ausgangsseitige Verbindung des Druckzuschaltventils 41 mit der Speisedruckversorgungsleitung 10 durch die Entnahme des Volumenstroms aus der entsprechenden hochdruckseitigen Druckmittelleitung 4a bzw. 4b des Arbeitskreises der Speisedruck in der Speisedruckversorgungsleitung 10 aufrechterhalten, um das Zurückschwenken des Verdrängervolumenstellorgans 5 sicherzustellen.
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Durch die mit der Speisedruckversorgungsleitung 10 verbundene Zweigleitung 43 und den Anschluss der Steuerleitung 44 an die Zweigleitung 43 in den 1 und 2 wird in der Durchflussstellung des Druckzuschaltventils 41 der von dem Druckzuschaltventil 41 ausgangsseitig erzeugte Druck an das Druckzuschaltventil 41 zurückgemeldet und wirkt in Richtung der Sperrstellung des Druckzuschaltventils 41, so dass der von dem Druckzuschaltventil 41 in der Durchflussstellung erzeugte Druck auf das Niveau des Speisedrucks begrenzt wird.
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In der 3 ist eine alternative Ausführung dargestellt, bei der bei einem Abfall und Einbruch des Speisedruckniveaus unterhalb des Druckgrenzwertes des Druckzuschaltventils 41 durch eine ausgangsseitige Verbindung des Druckzuschaltventils 41 mit dem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum 7b der Stellkolbeneinrichtung 7 das Verdrängervolumenstellorgan 5 mit dem aus der entsprechenden hochdruckseitigen Druckmittelleitung 4a bzw. 4b des Arbeitskreises entnommenen Volumenstrom zurückgeschwenkt wird.
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In der 3 ist hierbei in der Wirkung mit der 1 identische Schaltung dargestellt, bei der für diejenige Bewegungsrichtung des Verbrauchers 3, in der die Verdrängermaschine 2 in die Druckmittelleitung 4a fördert und somit die Druckmittelleitung 4a die Hochdruckseite des Kreislaufs bildet, ein Zurückschwenken des Verdrängervolumenstellorgans 5 sichergestellt wird.
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Mit der 1 identische Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das Druckzuschaltventil 41 ist analog zur 1 mittels der Zweigleitung 42 eingangsseitig an die Druckmittelleitung 4a angeschlossen und mittels der Zweigleitung 45 von dem Druck des Arbeitskreises in Richtung der Durchflussstellung sowie mittels der Zweigleitung 44 zur Beaufschlagung in Richtung der Sperrstellung von dem Speisedruck in der Speisedruckversorgungsleitung 10 beaufschlagt.
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In dem Betriebszustand, in dem die Verdrängermaschine 2 in die Druckmittelleitung 4a fördert, ist das Stellventil 8 in Richtung der ersten Schaltstellung 8a beaufschlagt, in der die Steuerdruckleitung 16a mit der Speisedruckversorgungsleitung 10 in Verbindung steht und die Steuerdruckleitung 16b mit dem Behälter verbunden ist.
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Um bei geöffnetem Druckzuschaltventil 41 bei einem Abfall des Speisedruckes der Speisedruckquelle 11 ein Zurückschwenken des Verdrängervolumenstellorgans 5 der Verdrängermaschine durch den aus der hochdruckseitigen Druckmittelleitung 4a entnommenen und gedeckten Volumenstrom zu ermöglichen, ist das Druckzuschaltventil 41 ausgangsseitig mittels der Zweigleitung 43 an die mit dem Behälter verbundende Steuerdruckleitung 16b verbunden. Um in der Steuerdruckleitung 16b bei geöffnetem Druckzuschaltventil 41 einen Steuerdruck im Steuerdruckraum 7b aufstauen zu können, der das Verdrängervolumenstellorgan 5 in Richtung der Neutralstellung zurückschwenkt, ist in der Steuerdruckleitung 16b stromab des Anschlusses der Zweigleitung 42 eine Drosseleinrichtung 48 angeordnet. Die Drosseleinrichtung 48 ist bevorzugt als Blende ausgebildet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 3 ist die Drosseleinrichtung 48 in der Ablaufleitung 14 angeordnet, die in der Schaltstellung 8a des Stellventils 8 mit der Steuerdruckleitung 16b in Verbindung steht.
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Weiterhin ist in der an die Eingangsseite des Druckzuschaltventils 41 geführten Zweigleitung 42 eine Drosseleinrichtung 70 angeordnet. Die Drosseleinrichtung 70 ist bevorzugt als Blende ausgebildet.
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Anstelle des Anschlusses der Zweigleitung 43 an die Steuerdruckleitung 16b zwischen der Stellkolbeneinrichtung 7 und dem Stellventil 8 kann die Zweigleitung 43 alternativ – wie in der 4 dargestellt ist – an die Ablaufleitung 14 stromauf der Drosseleinrichtung 48 und somit zwischen dem Stellventil 8 und der Drosseleinrichtung 48 angeschlossen werden.
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Bei der Ausführungsform der 3 bzw. der 4, bei der bei einem Abfall des Speisedrucks über das geöffnete Druckzuschaltventil 41 der aus der hochdruckseitigen Druckmittelleitung entnommene Volumenstrom unmittelbar in dem in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens wirkenden Steuerdruckraum 7b der Stellkolbeneinrichtung 7 ansteht, um das Verdrängervolumenstellorgan 5 zurückzuschwenken, kann ebenfalls eine in beide Bewegungsrichtungen des Verbrauchers wirkende Lösung verwirklicht werden.
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Zum Sicherstellen des Zurückschwenken des Verdrängervolumenstellorgans 5 in der zweiten Bewegungsrichtung, in der die Druckmittelleitung 4b die Hochdruckseite des Verbrauchers 3 bildet, kann ein weiteres Druckzuschaltventil vorgesehen werden, das eingangsseitig mit der Druckmittelleitung 4b und ausgangsseitig mit der Steuerdruckleitung 16a in Verbindung steht.
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Sofern ein Druckzuschaltventil 41 vorgesehen ist, das ausgangsseitig mittels der Zweigleitung 43 an die Ablaufleitung 14 stromauf der Drosseleinrichtung 48 angeschlossen ist, kann eine in beiden Bewegungsrichtungen wirksame Lösung erzielt werden, wenn das Druckzuschaltventil 41 – wie in der 5 dargestellt ist – mittels einer Auswahleinrichtung 50 eingangsseitig mit beiden Druckmittelleitungen 4a, 4b verbunden ist. Die Auswahleinrichtung 50 steht hierbei eingangsseitig mittels Zweigleitungen 42a, 42b mit den Druckmittelleitungen 4a, 4b in Verbindung und ist ausgangsseitig über die Zweigleitung 42, in der die Drosseleinrichtung 70 angeordnet ist, mit der Eingangsseite des Druckzuschaltventils 41 verbunden.
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In den 3 bis 5 bildet die der Eingangsseite des Druckzuschaltventils 41 zugeordnete Drosseleinrichtung 78 zusammen mit der Drosseleinrichtung 48 eine Druckteilerschaltung, mittels der bei in der Durchflussstellung befindlichem Druckzuschaltventil 41 der von dem Druckzuschaltventil 41 erzeugte Druck begrenzt wird.
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Die erfindungsgemäße Rückschwenkeinrichtung 40 mit einem bei einem Abfall des Speisedrucks der Speisedruckversorgungsquelle 11 wirksam werdenden Druckzuschaltventil 41 ermöglicht es bei geringem Bauaufwand ohne entsprechende Auslegung der Federn der Stellkolbeneinrichtung 7 bei einem Abfall und Einbruch des Speisedrucks der Speisedruckversorgungsquelle 11 das Verdrängervolumenstellorgan 5 der Verdrängermaschine 2 auch bei an dem Verdrängervolumenstellorgan 5 anstehenden Eigenstellmoment sicher in Richtung einer Verringerung des Verdrängervolumens zu beaufschlagen.
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Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine 2 ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel und die Betätigung des Stellventils 8 mit einer als Nehmerkolben ausgebildeten Vorsteuereinrichtung beschränkt. Das Stellventil 8 kann mit beliebigen Vorsteuereinrichtungen betätigt werden, beispielsweise einer mechanischen Betätigung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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