DE4329327C2 - Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppelfahrbremsventil, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Fahrbremsventile werden in hydraulischen Antriebssystemen ver­ wendet, deren Hydromotoren im offenen Kreislauf betrieben werden, beispielsweise in einem Fahrantrieb eines Mobilbaggers. Die Funktion eines Fahrbremsventils besteht in der Verhinderung eines Überdrehens und somit eines Füllungsmangels von Hydromotoren, der ohne Verwendung eines Fahrbremsventils auftreten würde, sobald die Drehzahl des Hydromotors durch Antrieb von außen, beispiels­ weise durch Bergabfahrt ohne Last, die dem zufließenden Volumen­ strom entsprechende Drehzahl übersteigt.

Nachdem die ersten Fahrbremsventile für den Einsatz in Kreisen unter Verwendung von Hydropumpen mit konstanter Liefermenge konzipiert waren, wodurch ein Kavitieren im lastlosen oder Brems­ betrieb nicht oder kaum möglich war, wurde es nach dem Aufkommen des Einsatzes von regelbaren bzw. steuerbaren Hydropumpen erfor­ derlich, das Kavitieren des Hydromotors im Bremsbetrieb, in dem die Liefermenge der Pumpe zurückgefahren wird, zu verhindern. Dieses Problem wurde zunächst durch das Vorsehen von Kurzschlüs­ sen zwischen dem Bremsventil und dem Hydromotor (DE 36 06 237 A1) oder dem Bremsventil und der Hydropumpe (DE 38 10 943 C2) gelöst.

Ein weiteres bekanntes Fahrbremsventil (z. B. Prospekt RD 64 313/04.92. Fa. Mannesmann Rexroth) ist so ausgebildet, daß ein Füllungsmangel des Hydromotors dadurch verhindert wird, daß der abfließende Ölstrom nicht direkt in die Arbeitsleitung zum Wege­ ventil gelangen kann, sondern über das Fahrbremsventil und zwei Rückschlagventile beiden Arbeitsleitungen angeboten wird. Hier­ durch wird das Rücklauföl bei Unterdruck auf der Zulaufseite er­ neut der Zulaufseite zugeführt.

Dieses Fahrbremsventil weist jedoch den Nachteil auf, daß eine schnelle Reversierbewegung des Bremsventils, insbesondere in Fällen eines stark gedämpften Schließverhaltens des Bremsventils, unmöglich ist, da die vorher offene Rücklaufverbindung das nach dem Reversieren auf der jeweils anderen Arbeitsleitung ankommende Öl praktisch während der gesamten Schließzeit des Fahrbremsven­ tils abfließen läßt, ohne daß eine Umsteuerung der Drehrichtung des Hydromotors erfolgt.

Wird während der Schließzeit des Fahrbremsventils das von einer regelbaren Hydropumpe gelieferte Ölvolumen erhöht, da vermeint­ lich mit einem geringerem Volumen keine Reversierung erreicht werden kann, so wird durch das nach der Schließzeit des Fahr­ bremsventils von der Pumpe gelieferte höhere Volumen eine extrem ruckartige Reversierbewegung des Antriebs verursacht.

Diese Verzögerung der Reversierbewegung bzw. die nach der Ver­ zögerung möglicherweise auftretende extrem ruckartige Reversier­ bewegung führt bei Baustellenfahrzeugen zu einer nicht zufrie­ denstellenden Funktion.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerein­ heit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbesondere Doppel­ fahrbremsventil, der letztgenannten Art zu schaffen, welches die sofortige Einleitung der Reversierbewegung des hydraulischen Antriebssystems auch bei einer stark gedämpften Schließbewegung des Regelventils ermöglicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1. Durch das Ersetzen vorzugsweise beider, bei dem be­ kannten Fahrbremsventil in den Arbeitsleitungen angeordneten Rückschlagventilen durch ein 3/2 Schaltventil mit der Funktion gemäß Anspruch 1 ist gewährleistet, daß praktisch sofort nach dem Umschalten des Wegeventils in die jeweils andere Stellung die während des Schließvorgangs des Regelventils noch offene Rück­ laufverbindung getrennt wird, so daß eine unverzügliche Umkehr der Drehrichtung des Hydromotors erreicht wird.

Dabei können die in den Arbeitsleitungen angeordneten Umschalt­ ventile eine positive oder negative Schaltüberdeckung aufweisen, wobei eine negative Schaltüberdeckung den Vorteil hat, daß die Reversierbewegung weicher erfolgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Umschaltventil je­ doch auch eine positive Schaltüberdeckung aufweisen. Der Um­ schaltvorgang kann sowohl im Fall einer negativen Schaltüberdec­ kung als auch im Fall einer positiven Schaltüberdeckung durch einen Bypass mit definiertem Querschnitt weicher gestaltet wer­ den.

Der Bypass ist dabei so ausgebildet, daß während des Verringerns des Querschnitts der noch offenen Verbindungsleitung im Um­ schaltventil während der gesamten Schließzeit des Regelventils parallel zu diesem Querschnitt ein definiertes Volumen durch den Bypass und über die noch offene Verbindungsleitung des Regelven­ tils abfließen kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die ansonsten bei einer positiven Schaltüberdeckung auftretenden Druckspitzen vermieden werden. Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist auch gegenüber der Verwendung eines Um­ schaltventils mit negativer Schaltüberdeckung den Vorteil auf, daß während der Schaltbewegung keine undefinierten Zustände auftreten können.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Umschaltventil einen durch die Fluidströmung in einem Gehäuse bewegbaren Kolben auf, welcher in seinen beiden Endstellungen entweder die Rück­ laufleitung mit dem betreffenden Anschluß des Regelventils bzw. die Arbeitsleitung mit dem betreffenden Anschluß des Hydromotors verbindet.

Diese konstruktive Ausgestaltung des Umschaltventils realisiert bei geringem konstruktiven Aufwand die geforderten Schaltfunk­ tionen und die erforderliche Schaltüberdeckung und ist darüber hinaus auf einfache Weise zusammen mit den übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Steuereinheit zu einem einzigen System integrierbar.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den Schaltplan eines hydraulischen Antriebssystems unter Verwendung der erfindungsgemäßen Steuereinheit;

Fig. 2 eine Teilansicht einer konstruktiven Ausgestaltung eines Umschaltventils mit negativer Schaltüberdeckung für die erfindungsgemäße Steuereinheit und

Fig. 3 ein Umschaltventil mit positiver Schaltüberdeckung und Bypass für die erfindungsgemäße Steuereinheit.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Komponenten eines hydraulischen Antriebssystems, wie es beispielsweise bei einem hydraulischen Bagger zum Einsatz kommt.

Das hydraulische Antriebssystem 1 besteht im Wesentlichen aus einer Hydropumpe 2 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, welche Öl aus einem Vorratsbehälter oder Tank 3 in eine Leitung 4 pumpt. Die Leitung 4 führt zu einem Wegeventil 10, das in eine Vorwärts- Stellung V1, eine Rückwärtsstellung R1 und eine Mittelstellung M1 gesteuert werden kann. Die Ansteuerung des Wegeventils kann, wie in Fig. 1 dargestellt, beispielsweise durch Druckbeaufschlagung von Druckanschlüssen von Steuerkammern mittels Steuerleitungen 11 und 12 erfolgen. Vorzugsweise ist das Wegeventil 10 so ausgebildet, daß es durch Federn 13, 14 in seiner Mittelstellung M1 gehalten bzw. bei drucklosen Steuerleitungen 11, 12 in diese überführt wird.

In der Mittelstellung M1 des Wegeventils 10 sind die beiden Ar­ beitsleitungen 20, 21, welche das Wegeventil mit der erfindungs­ gemäßen Steuereinheit 25 verbinden, innerhalb des Wegeventils miteinander verbunden und stehen mit einer Rücklaufleitung 26 zum Tank 3 in Verbindung. Die Leitung 4 wird im Wegeventil 10 in der Mittelstellung M1 gesperrt.

Zwischen der Leitung 4 und der Rücklaufleitung 26 ist ein Überdruckventil 28 an­ geordnet, welches die Leitung 4 mit der Rücklaufleitung 26 verbindet, wenn der Druck in der Leitung 4 einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.

Der effektive Strömungsquerschnitt der Arbeitsleitungen 20, 21 wird durch innerhalb des Wegeventils angeordnete Drosseln oder Blenden auf vorbestimmte Werte festgelegt.

Die Leitungen 20, 21 laufen durch eine Drehdurchführung 30, da sich das Wegeventil 10 mit der Hydropumpe 2 meist auf einem Drehauf­ satz eines Fahrzeuges befindet, während sich der Hydromotor 32 und die Steuereinheit 25, über welche der Hydromotor mit dem Wegeventil verbunden ist, in einem Unterwagen befinden.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit 25 ist vorzugsweise zu einem einzigen Hydrobauelement integriert, das üblicherweise als Dop­ pelfahrbremsventil bezeichnet wird. Die Erfindung bezieht sich jedoch selbstverständlich auch auf ein entsprechendes, aus dis­ kreten Elementen aufgebautes hydraulisches System.

Die erfindungsgemäße Steuereinheit bzw. das erfindungsgemäße Doppelfahrbremsventil 25 weist ein Regelventil 34 auf, dessen erster Anschluß 34a über jeweils ein Rückschlagventil 36, 38 mit den Arbeitsleitungen 20, 21 verbunden ist. Die Rückschlagventile sind dabei so angeordnet, daß Öl vom ersten Anschluß 34a des Re­ gelventils 34 den Arbeitsleitungen 20, 21 zugeführt werden kann.

Darüber hinaus sind die Arbeitsleitungen 20, 21 jeweils mit einem ersten Anschluß 40a, 42a eines Umschaltventils 40, 42 verbunden, wobei die zweiten Anschlüsse 40b, 42b der Umschaltventile 40, 42 mit dem dritten bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Regelventils 34 verbunden sind. Die jeweils dritten Anschlüsse 40c, 42c der Umschaltventile 40, 42 sind über Verbindungsleitungen 44, 46 mit jeweils einem Anschluß 32a, 32b des Hydromotors 32 verbunden.

Zwischen den Leitungen 44, 46 ist eine Parallelschaltung aus zwei Überdruckventilen 48, 50 angeordnet, wobei die Öffnungsrichtungen der Überdruckventile einander entgegengesetzt gerichtet sind. Das Überdruckventil 48 öffnet sich zur Leitung 46, wenn der Druck in der Leitung 44 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. In analoger Weise öffnet sich das Überdruckventil 50 zur Leitung 44, wenn der Druck in der Leitung 46 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Hydro­ motors durch einen konstanten Überdruck oder Druckspitzen in den Leitungen 44 oder 46 vermieden. Der Hydromotor ist in üblicher Weise über eine Leckleitung 52 zu einem Auffangbehälter 54 ver­ bunden.

Das Regelventil 34 wird abhängig von den Drücken in den Arbeits­ leitungen 20, 21 aus einer Mittelstellung M2 in eine Vorwärts­ stellung V2 oder eine Rückwärtsstellung R2 gesteuert. Bei druck­ losen Arbeitsleitungen 20, 21 oder annähernd gleichem Druck wird das Regelventil 34 durch Federn 56, 58 in der Mittelstellung M2 gehalten bzw. in diese rückgestellt.

Die Betätigung des Regelventils 34 erfolgt vorzugsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, durch Druckbeaufschlagung der Druckanschlüsse 60, 62, welche über Drosselrückschlagventile 64, 66 mit den Arbeitsleitungen 20, 21 verbunden sind. Dabei bewirken die Dros­ selrückschlagventile 64, 66, daß bei einer Druckbeaufschlagung der Leitung 20 bzw. 21 das Regelventil 34 rasch aus seiner Mittelstellung M2 in die Vorwärtsstellung V2 bzw. in die Rückwärtsstellung R2 geschaltet wird, da sich der Druck über das sich jeweils öffnende Rückschlagventil in der Leitung 20 oder 21 praktisch unverzüglich und in voller Höhe am jeweiligen Druck­ anschluß 60 bzw. 62 aufbaut.

Befindet sich das Regelventil 34 in der Stellung V2 oder R2 und wird die betreffende Arbeitsleitung 20 bzw. 21 dadurch drucklos geschaltet, daß das Wegeventil (10) in seine Mittelstellung M1 ge­ schaltet wird, so erfolgt die Rückstellung des Regelventils 34 in seine Mittelstellung M2 durch die von den Federn 56 und 58 ausge­ übte Kraft wegen der nunmehr wirksamen Drosselwirkung des betref­ fenden Drosselrückschlagventils 64, 66 mehr oder weniger stark gedämpft. Während dieser Schließzeit des Regelventils 34 bleibt daher - allerdings mit abnehmenden Querschnitt - die ursprünglich geschaltete Verbindung zwischen dem ersten und zweiten oder ersten und dritten Anschluß des Regelventils 34 bestehen.

Die Umschaltventile 40, 42 sind, wie in Fig. 1 dargestellt, als 3/2 Ventile ausgebildet. Zwischen den beiden Schaltstellungen können diese Ventile eine positive oder, wie in Fig. 1 darge­ stellt, eine negative Schaltüberdeckung aufweisen.

Bei einer Druckbeaufschlagung einer der beiden Arbeitsleitungen 20 oder 21 wird das betreffende Umschaltventil in seine Vorwärts­ stellung V3, V4 geschaltet. In dieser Schaltstellung ist die betreffende Arbeitsleitung 20, 21 mit der zugehörigen Verbin­ dungsleitung 44, 46 zum Hydromotor 32 verbunden. Gleichzeitig ist in diesem Schaltzustand die mit dem jeweils zweiten Anschluß 40b, 42b des Umschaltventils 40, 42 und dem dritten bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Regelventils 34 verbundene Rücklaufleitung 68, 70 von der betreffenden Leitung 44, 46 getrennt.

Befindet sich das eine der Umschaltventile 40, 42 in seiner Vor­ wärtsstellung V3 bzw. V4, so wird durch die entsprechende Druck­ beaufschlagung einer der Leitungen 44 bzw. 46 das andere Um­ schaltventil in seine Rückwärtsstellung R3 bzw. R4 geschaltet. In dieser Schaltstellung ist die betreffende Leitung 44 bzw. 46 mit der zugehörigen Rücklaufleitung 68 bzw. 70 verbunden, wobei gleichzeitig die betreffende Leitung 44 bzw. 46 von der zugehö­ rigen Arbeitsleitung 20, 21 getrennt wird.

Das heißt, die Umschaltventile 40, 42 erfüllen einerseits die Funktion der Rückschlagventile, welche bei dem eingangs genannten bekannten Doppelfahrbremsventil anstelle der Umschaltventile 40, 42 vorhanden sind. Zusätzlich stellen diese Umschaltventile sicher, daß bei einer Druckbeaufschlagung einer der beiden Ar­ beitsleitungen 20 oder 21 die zugehörige Rücklaufleitung 68, 70 von der betreffenden Leitung 44 bzw. 46 getrennt wird, falls die betreffende Arbeitsleitung 20 oder 21 in der Vorwärtsstellung V3 bzw. V4 des jeweiligen Umschaltventils 40 bzw. 42 mit der betref­ fenden Leitung 44 bzw. 46 zum Hydromotor 32 verbunden wird.

Nachstehend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Steuereinheit bzw. des erfindungsgemäßen Doppelfahrbremsventils beschrieben.

Wird das Wegeventil (10) in seine Vorwärtsstellung V1 geschaltet, so wird die Pumpe 2 über die Leitung 4 und die Arbeitsleitung 20 mit dem ersten Anschluß 40a des Umschaltventils 40 verbunden. Hier­ durch wird das Umschaltventil 40 in seine Vorwärtsstellung V3 geschaltet, so daß die Arbeitsleitung 20 über die Leitung 44 mit dem Hydromotor 32 in Verbindung steht. Über den Hydromotor 32 und die Leitung 46 gelangt das Öl zum dritten Eingang 42c des Um­ schaltventils 42, so daß dieses in seine Rückwärtsstellung R4 geschaltet wird. Die Leitung 46 steht somit mit dem zweiten Ein­ gang 34b des Regelventils 34 in Verbindung.

Der ankommende Ölstrom trifft auf den Widerstand des Hydromotors 32, so daß in der Arbeitsleitung 20 ein Druck aufgebaut wird und demzufolge das Regelventil 34 über das Drosselrückschlagventil 64 und den Druckanschluß 60 in seine Vorwärtsstellung V2 ge­ schaltet wird. In dieser Stellung ist die Rücklaufleitung 70 mit dem ersten Anschluß 34a des Regelventils 34 verbunden, so daß das Hydrauliköl über das Rückschlagventil 38, die Arbeitsleitung 21, das Wegeventil 10 und die Rücklaufleitung 26 in den Tank 3 zu­ rückfließen kann, wodurch der Hydromotor 32 in seiner Vor­ wärtsrichtung angetrieben wird.

Wird das Wegeventil 10 wieder in seine Mittelstellung M1 rückge­ stellt, so bleibt das Regelventil 34 zunächst nach wie vor in seiner Vorwärtsstellung V2, da seine Rückstellung in die Mittel­ stellung M2 gedämpft erfolgt.

Da in der Mittelstellung M1 des Wegeventils 10 kein Volumen mehr von der Pumpe 2 in die Arbeitsleitung 20 gefördert wird, wird dem Hydromotor 32 über die Leitung 44, den ersten Teil der Arbeits­ leitung 20, das Rückschlagventil 36 und die nach wie vor beste­ hende Verbindung zwischen dem ersten Anschluß 34a und dem zweiten Anschluß 34b des Regelventils 34 Öl über die Rücklaufleitung 70 zugeführt, so daß ein Kavitieren und damit eine Beschädigung des Hydromotors 32 vermieden wird.

Ein vom Hydromotor 32 in dieser Phase über die Leckleitung 52 in den Auffangbehälter 54 abgegebenes Leckölvolumen wird über eine üblich Nachladeeinrichtung 71, bestehend aus einer Nachladepumpe 71a, zwei Rückschlagventilen 71b, 71c und einem Überdruckventil 71d nachgeladen.

Im Prinzip das gleiche Verhalten zeigt das in Fig. 1 dargestellte hydraulische Antriebssystem für den Fall, daß der Hydromotor 32 durch Antrieb von außen, beispielsweise bei einer lastlosen Bergabfahrt, eine Drehzahl erreicht, welche die dem zufließenden Volumenstrom entsprechende Drehzahl übersteigt. Auch in diesem Fall wird zusätzlich dem über die Arbeitsleitung 20 von der Hy­ dropumpe 2 gelieferten Ölvolumen das fehlende Volumen über das Rückschlagventil 36 und die Verbindung zur Rücklaufleitung 70 zugeführt und der Rest nachgeladen.

Der Betrieb des Hydromotors 32 in umgekehrter Drehrichtung er­ folgt analog zu dem vorstehend beschriebenen Vorgang: Das Wege­ ventil 10 wird in seine Rückwärtsstellung R1 geschaltet, so daß die Pumpe 2 über die Leitung 4 der Arbeitsleitung 21 ein entspre­ chendes Volumen zu führt. Hierdurch wird das Umschaltventil 42 in seine Vorwärtsstellung V4 und das Umschaltventil 40 seine Rück­ wärtsstellung R3 geschaltet.

Da der ankommende Ölstrom wieder auf den Widerstand des Hydromo­ tors 32 trifft, wird in der Arbeitsleitung 21 ein Druck aufge­ baut. Demzufolge wird das Regelventil 34 über das Drosselrück­ schlagventil 66 und den Druckanschluß 62 in seine Rückwärts­ stellung R2 geschaltet.

Das von der Pumpe 2 gelieferte Volumen wird daher über die Lei­ tung 4, die Arbeitsleitung 21, das Umschaltventil 42, die Leitung 46, den Hydromotor 32, die Leitung 44, das Umschaltventil 40, die Rücklaufleitung 68, das Regelventil 34, das Rückschlagventil 36, die Arbeitsleitung 20, das Wegeventil 10 und der Rücklaufleitung 26 wieder dem Tank 3 zugeführt, so daß der Hydromotor 32 in Rückwärtsrichtung betrieben wird.

Wird das Wegeventil 10 wieder in seine Mittelstellung M1 geschal­ tet, so wird dem Hydromotor 32 nunmehr über die Rücklaufleitung 68, das Regelventil 34, das während seiner Schließzeit - aller­ dings mit sich verringerndem Querschnitt - in seiner Rückwärts­ stellung R2 verharrt und über das Rückschlagventil 38 Volumen in die Arbeitsleitung 21 zugeführt, wodurch ein Kavitieren des Hydromotors verhindert wird.

Gleiches gilt auch bei Antrieb des Hydromotors von außen, sobald dessen Drehzahl die dem zufließenden Volumenstrom entsprechende Drehzahl übersteigt: Auch in diesem Fall wird über die Rücklaufleitungen 68 das noch offene Regelventil 34 und das Rückschlagventil 38 das fehlende Volumen zugeführt. Es versteht sich von selbst, daß in diesen Betriebszuständen ein Nachladen des Leckvolumens erfolgt.

Während bei dem eingangs genannten Doppelfahrbremsventil ein Re­ versieren der Drehbewegung des Hydromotors erst möglich ist, nachdem das Regelventil 34 durch die Federbeaufschlagung in seine Mittelstellung M2 rückgestellt ist, kann das Reversieren des hydraulischen Antriebssystems gemäß Fig. 1 durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Steuereinheit 25 unabhängig hiervon erfol­ gen:

Als Ausgangspunkt sei angenommen, daß der Hydromotor 32 in Vor­ wärtsrichtung angetrieben wird, d. h. die Pumpe 2 liefert ein der Drehzahl entsprechendes Volumen über die Leitung 4, die Arbeits­ leitung 20 und die Leitung 44 an den Hydromotor und das Volumen gelangt über die Leitung 46, die Rücklaufleitung 70, das in sei­ ner Vorwärtsstellung V2 befindliche Regelventil 34, das Rück­ schlagventil 38, die Leitung 21 und die Rücklaufleitung 26 wieder zurück in den Tank.

Wird nun in dieser Stellung das Wegeventil 10 in seine Rück­ wärtsstellung R1 geschaltet, ohne zuvor zumindest für die Rück­ stellzeit des Regelventils 34 in seiner Mittelstellung M1 gewesen zu sein, so liefert die Pumpe 2 über die Leitung 4, das Wegeven­ til 10 und die Arbeitsleitung 21 ein Volumen an den ersten An­ schluß 42a des Umschaltventils 42. Dieses wird hierdurch sofort in seine Vorwärtsstellung V4 geschaltet, wodurch die Arbeits­ leitung 21 mit der Leitung 46 verbunden und die Rücklaufleitung 70 gleichzeitig von der Leitung 46 getrennt wird. Ein Abfließen des über die Leitung 21 gelieferten Volumens über die Rücklauf­ leitung 70, das noch offene Regelventil 34, das Rückschlagventil 36 und die Arbeitsleitung 20, wie dies bei dem eingangs genannten Doppelfahrbremsventil möglich ist, wird daher vermieden.

Das Volumen gelangt über den Hydromotor 32 und die Leitung 44 an den dritten Anschluß 40c des Umschaltventils 40, wodurch dieses in seine Rückwärtsstellung R3 geschaltet wird. Durch Druckaufbau am Hydromotor 32 wird das Regelventil 34 in seine Rückwärtsstel­ lung R2 geschaltet wird.

Der Reversiervorgang erfolgt daher unverzüglich, ohne daß eine Verzögerung durch die dämpfungsabhängige Schließzeit des Regel­ ventils 34 auftritt.

In analoger Weise vollzieht sich der Reversiervorgang zur Umkehr der Drehbewegung des Hydromotors 32 von dessen Rückwärtsrichtung in die Vorwärtsrichtung: Hierbei befindet sich das Wegeventil 10 zunächst in seiner Rückwärtsstellung Rl, das Umschaltventil 42 in seiner Vorwärtsstellung V4, das Umschaltventil 40 in seiner Rückwärtsstellung R3 und das Regelventil 34 in seiner Rückwärts­ stellung R2.

Wird nun das Wegeventil 10 in seine Vorwärtsstellung V1 geschal­ tet, ohne daß hierbei die Schließzeit des Regelventils 34 abge­ wartet werden müßte, so wird durch das von der Pumpe 2 über die Leitung 4 und die Arbeitsleitung 20 gelieferte Volumen das Um­ schaltventil 40 sofort in seine Vorwärtsstellung V3 geschaltet und hierbei die Rücklaufleitung 68 von ihrer Verbindung mit der Leitung 44 getrennt.

Das Volumen gelangt über die Leitung 44 und den Hydromotor 32 sowie die Leitung 46 des Umschaltventils 42 und schaltet dies unverzüglich in seine Rückwärtsstellung R4. Durch Druckaufbau am Hydromotor 32 und in der Arbeitsleitung 20 wird das Regelventil 34 über das Drosselrückschlagventil 64 und den Druckanschluß 60 in seine Vorwärtsstellung V2 geschaltet, ohne daß diese Schaltbewegung von der Schließzeit des Regelventils 34 abhängig wäre.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Steu­ ereinheit 25, welche zu einem einzigen hydraulischen Bauelement integriert wurde, das nachfolgend als Doppelfahrbremsventil be­ zeichnet wird. Der in Fig. 2 dargestellte Teilschnitt durch das Doppelfahrbremsventil zeigt insbesondere einen Schnitt durch eines der Umschaltventile 40, 42, welche in den Grundkörper 72 des Doppelfahrbremsventils 25 integriert sind. Jedes der Ventile besteht aus einem Ventilkörper 74, welcher in eine entsprechende Öffnung im Grundkörper 72 eingesetzt, beispielsweise eingepreßt ist.

Der im wesentlichen hohlzylindrische Ventilkörper 74 weist in seinem oberen Bereich einen sich verjüngenden Querschnitt auf, wobei die hierdurch gebildete Ventilöffnung 76 den jeweils ersten Anschluß 40a, 42a des betreffenden Umschaltventils 40, 42 dar­ stellt. Diese ersten Anschlüsse 40a, 42a sind gleichzeitig mit den Anschlüssen A, B (Fig. 1) des Doppelfahrbremsventils ver­ bunden, an welche die vom Doppelfahrbremsventil 10 kommenden Arbeitsleitungen 20, 21 anschließbar sind.

Da jedoch mittels der Fig. 2 und 3 nur der Aufbau und die Funktionsweise der Umschaltventile 40, 42 erläutert werden soll, wurde in diesen Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung der Verbindungskanäle zwischen den ersten Anschlüssen 40a, 42a und den Anschlüssen A, B des Doppelfahrbremsventils sowie auf die Darstellung der von diesen Kanälen abzweigenden Verbindungskanäle zu den weiteren Komponenten des Doppelfahr­ bremsventils verzichtet.

Im Ventilkörper 74 ist ein Kolben 78 geführt, welcher in seinem oberen Bereich ebenfalls einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist. Der Kolben 78 ist um einen vorbestimmten Weg axial im Ventilkörper 74 verschiebbar, wobei der Verschiebeweg des Kolbens nach oben durch den Anschlag des sich verjüngenden oberen Be­ reichs des Kolbens 78 an der Innenwandung des sich ebenfalls verjüngenden oberen Bereichs des Ventilkörpers 74 begrenzt ist.

In dieser Stellung liegt der Kolben 78 mit der konisch verlau­ fenden Außenfläche 80 seines oberen Bereichs im wesentlichen an der Kante 82 der Innenwandung des oberen Bereichs des Ventilkör­ pers 74 an, welche durch einen konisch verlaufenden Bereich 84 und einen axial verlaufenden Bereich 86 der Innenwandung des Ventilkörpers 74 gebildet wird. Hierzu schließen die Fläche des konisch verlaufenden Bereichs 84 der Innenwandung des Ventilkör­ pers und die konisch verlaufende Außenfläche 80 des Kolbens 78 vorzugsweise einen geringen Winkel ein, um auf diese Weise die Dichtwirkung zwischen der Kante 82 und der Außenfläche 80 zu verbessern.

Nach unten wird der axiale Verschiebeweg des Kolbens 78 durch einen Anschlagsring 88 begrenzt, welcher in den Grundkörper 72 des Doppelfahrbremsventils 25 eingepreßt ist und, wie in Fig. 2 dargestellt, auch die Unterkante des Ventilkörpers 74 übergreift. Gleichzeitig kann der Anschlagring 88 auch zur Fixierung des Ven­ tilkörpers 74 im Grundkörper 72 dienen sowie zur Ausbildung eines Ringraumes 89 zur Aufnahme eines Dichtungskörpers 91. Der Kolben 78 weist an seiner Unterseite eine Sackbohrung 90 auf, welche mit zumindest einer Bohrung 92 im sich verjüngenden oberen Bereich des Kolbens 78 in Verbindung steht, wobei die Sackbohrung 90 und die Bohrung 92 einen Kanal bilden.

Der Ventilkörper 74 weist in seinem unteren Bereich zumindest eine horizontal verlaufende Bohrung 94 auf, welche mit der Rück­ laufleitung 68 bzw. 70 im Grundkörper 72 des Doppelfahrbremsven­ tils in Verbindung steht.

Dabei stellt die Bohrung 94 die Ventilöffnung des jeweils zweiten Anschlusses 40b, 42b des betreffenden Umschaltventils 40, 42 dar, welcher mit der jeweils zugehörigen Rücklaufleitung 68, 70 zum dritten bzw. zweiten Anschluß 34c, 34b des Regelventils 34 verbunden ist. Die Bohrung 94 ist in der oberen Endstellung des Kolbens 78 in Fig. 2 mit dem Innenraum des Ventilkörpers 74 und der Öffnung des Anschlagrings 88 verbunden, welche den jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des betreffenden Umschaltventils 40, 42 darstellt.

Diese dritten Anschlüsse der Umschaltventile sind im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel mit den Anschlüssen A′, B′ des Doppel­ fahrbremsventils identisch, welche zum Anschluß des Hydromotors 32 dienen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des in Fig. 2 dargestellten Umschaltventils erläutert: Wird von der Hydropumpe 2 über die Leitung 4, das Wegeventil 10, eine der Arbeitsleitungen 20, 21 und dem betreffenden Anschluß A, B dem jeweils ersten Anschluß 40a, 42a des Umschaltventils 40, 42 Volumen zugeführt, so wird der Kolben 78 in seine untere Endlage bewegt, in welcher er mit seinem un­ teren Bereich die Öffnung 94 abdichtend verschließt und damit die Verbindung zwischen dem jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des Umschaltventils zu den Rücklaufleitungen 68, 70 trennt (vgl. Darstellung der rechten Hälfte in Fig. 2 bzw. Fig. 3).

In dieser Stellung kann das Volumen durch die Ventilöffnung 76, d. h. den jeweils ersten Anschlüssen 40a, 42a über die Bohrung 92 im konisch verlaufenden oberen Bereich des Ventilkörpers 74 zum jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des Umschaltventils fließen.

Wird dem Umschaltventil dagegen Volumen am jeweils dritten An­ schluß 40c, 42c zugeführt, so wird der Kolben 78 aus seiner un­ teren Endstellung in die obere Endstellung bewegt, in welcher er, wie vorstehend beschrieben, den jeweils ersten Anschluß 40a, 42a (die Ventilöffnung 76) abdichtend verschließt und den jeweils dritten Anschluß über die Bohrung 94 im Ventilkörper 74 mit der Rücklaufleitung 68, 70 verbindet.

Dabei weist das Umschaltventil gemäß Fig. 2 eine negative Schaltüberdeckung auf, d. h. während des Schaltvorgangs bzw. des Bewegens des Kolbens 78 von seiner einen Endstellung in die an­ dere Endstellung stehen alle drei Anschlüsse 40a, 40c bzw. 42a, 42b, 42c miteinander in Verbindung. Hierdurch ergibt sich zwar der Vorteil, daß ein relativ weicher Übergang zwischen den beiden Schaltstellungen des Ventils erreicht werden kann. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß die Kolbenbewegung während des Schaltvor­ gangs aufgrund der Verbindung aller drei Anschlüsse des Ventils miteinander nicht exakt definiert erfolgt.

Diesen Nachteil vermeidet die in Fig. 3 dargestellte Ausfüh­ rungsform des Umschaltventils. Hier ist der obere Bereich des Kolbens so ausgebildet, daß während der gesamten Bewegung des Kolbens von einer Schaltstellung in die andere entweder nur die Rücklaufleitung 68, 70 über die Bohrung 94 mit dem jeweils drit­ ten Anschluß 40c, 42c oder der jeweils erste Anschluß 40a, 42a, d. h. die Ventilöffnung 76, über die Bohrung 92 im oberen Bereich des Kolbens 78 mit dem jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des Um­ schaltventils 40, 42 verbunden ist.

Dies wird dadurch erreicht, daß der obere Bereich des Kolbens 78 anschließend an den sich konisch verjüngenden Bereich wieder einen Bereich konstanten Querschnitts aufweist, welcher mit sei­ ner Außenfläche 98 derart mit dem Bereich 86 der Innenwandung des Ventilkörpers 74 zusammenwirkt, daß der jeweils erste Anschluß 40a, 42a solange abdichtend verschlossen wird, bis die Oberkante der Außenfläche 98 an der Unterkante des Bereichs 86 der Innen­ wandung vorbeibewegt ist. An diesem Punkt der Abwärtsbewegung des Kolbens wurde jedoch die Bohrung 94 bereits durch den unteren Bereich des Kolbens 78 verschlossen.

Zusätzlich zur Gleitpassung zwischen der Außenfläche 98 des Kolbens und dem Bereich 86 der Innenwandung des Ventilkörpers 74 weist der Kolben am Umfang des sich konisch verjüngenden Bereichs einen Vorsprung 100 auf, welcher in der oberen Endstellung des Kolbens eine zusätzliche Dichtwirkung erzeugt und gleichzeitig als exakter Anschlag für die Kolbenbewegung wirkt.

Die Verwendung eines Umschaltventils in dieser Form, welches eine positive Schaltüberdeckung aufweist, hätte jedoch den Nachteil, daß sich Druckspitzen, die sich durch das Verschließen der Boh­ rung 94 ergeben, unmittelbar auf die mit dem jeweils dritten Anschluß 40c, 42c des Umschaltventils verbundenen Elemente und damit auch auf den Hydromotor 32 auswirken. Gleichzeitig würde bei der Verwendung eines Ventils mit ausschließlich positiver Schaltüberdeckung eine sehr harte Reversierbewegung des hydrau­ lischen Antriebs erreicht, zu einem Zeitpunkt in dem der Hydro­ motor 32 (noch) in seiner ursprünglichen Richtung drehen kann.

Aus diesem Grund wird, wie in Fig. 3 dargestellt, vorgeschlagen, im Ventilkörper 74 eine Öffnung 102 vorzusehen, welche mit der Bohrung 92 im konisch verlaufenden Bereich des Kolbens 78 derar­ tig zusammenwirkt, daß solange ein exakt definierbares Volumen vom jeweils zweiten (aber auch dritten) Anschluß über die Bohrung 92 und die Öffnung 102 in die Rücklaufleitung 68, 70 abfließen kann, wobei die Bohrung 92 und die Öffnung 102 eine Bypass bilden. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß zum einen eine de­ finierte Kolbenbewegung (wie bei einem Ventil mit rein positiver Schaltüberdeckung) erreicht wird und sich zum anderen während des Schaltvorgangs ergebende Druckspitzen über die Bohrung 92 und die Öffnung 102 (wie auch bei einem Ventil mit rein negativer Schalt­ überdeckung) abbauen können.

Des weiteren wird hierdurch eine weichere Reversierbewegung erre­ icht, da sich an den Druckanschlüssen der Steuerkammern aufgrund der Bypasswirkung nach dem Umschalten des Umschaltventils 40, 42 in die Vorwärtsstellung V3, V4 ein geringerer Druck aufbaut, solange sich das Regelventil 34 noch in einem offenen Zustand (V2 bzw R2) befindet.

Daß aufgrund der Öffnung 102 auch in der unteren Endstellung des Kolbens 78 ein geringes Volumen in die jeweilige Rücklaufleitung 68, 70 abfließen kann, ist im Fall des erfindungsgemäßen Doppel­ fahrbremsventils unerheblich, da die Rücklaufleitungen 68, 70 spätestens nach der Rückstellzeit oder Schließzeit des Regelven­ tils 34 im Regelventil von einer möglicherweise noch bestehenden Verbindung zum ersten Anschluß 34a des Regelventils 34 getrennt werden, wodurch kein Volumen mehr über die Öffnung 102 und die Leitung 68 bzw. 70 abfließen kann.

Selbstverständlich kann das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Umschaltventil nicht nur in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Doppelfahrbremsventil verwendet werden, sondern auch als eigen­ ständiges Bauelement für beliebige hydraulische Schaltzwecke eingesetzt werden, welche die Verwendung eines 3/2 Schaltventils mit diesen Eigenschaften erfordern.

Eine Integration derartiger Ventile in andere integrierte hy­ draulische Elemente ist selbstverständlich ebenfalls möglich. Dabei kann das Ventil sowohl in seiner Ausführungsform mit einer negativen Schaltüberdeckung, einer rein positiven Schaltüberdec­ kung oder, wie in Fig. 3 dargestellt, mit einer zusätzlichen Öffnung 102 im Ventilkörper 74 verwendet werden, welche als By­ pass wirkt.

Claims (7)

1. Steuereinheit für ein hydraulisches Antriebssystem, insbeson­ dere Doppelfahrbremsventil, mit
einem Regelventil (34), dessen erster Anschluß (34a) über je­ weils ein Rückschlagventil (36, 38) mit zwei Arbeitsleitungen (20, 21) verbunden ist und dessen zweiter (34b) und dritter (34c) Anschluß mit jeweils einem Anschluß (32b, 32a) eines Hydromotors (32) und jeweils einer Arbeitsleitung (20, 21) verbunden ist,
wobei das Regelventil im Ruhezustand eine Mittelstellung (M2) einnimmt und abhängig von der Richtung des Fluidstroms in den Arbeitsleitungen (20, 21) in eine Vorwärtsstellung (V2) oder eine Rückwärtsstellung (R2) gesteuert wird und wobei die Rückstellung des Regelventils (34) in die Mittelstellung ge­ dämpft erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein oder beide Anschlüsse (32a, 32b) des Hydromotors über jeweils ein Umschaltventil (40; 42) mit jeweils einer Arbeits­ leitung (20; 21) und dem zugehörigen zweiten oder dritten An­ schluß des Regelventils (34) verbunden sind,
wobei das Umschaltventil (40, 42) bei einer Flußrichtung des Fluids in der zugehörigen Arbeitsleitung (20, 21) in Richtung auf den Hydromotor (32) die Arbeitsleitung (20, 21) mit dem Hydromotor (32) verbindet und den zugehörigen zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) von dem betreffenden Anschluß des Hydromotors (32) trennt und bei umgekehrter Flußrich­ tung des Fluids den zweiten oder dritten Anschluß des Regel­ ventils (34) mit dem betreffenden Anschluß des Hydromotors (32) verbindet und die Arbeitsleitung (20, 21) vom betreffenden An­ schluß des Hydromotors (32) trennt.

2. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (40, 42) eine negative Schaltüberdeckung auf­ weist.

3. Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (40, 42) eine positive Schaltüberdeckung auf­ weist.

4. Steuereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (40, 42) einen während des Schaltvor­ gangs zwischen dem zweiten und dritten Anschluß des Umschalt­ ventils (40, 42) wirksamen Bypass (92, 102) mit vorbestimmtem Querschnitt aufweist.

5. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umschaltventil (40, 42) einen durch die Fluidströmung in einem Ventilkörper (74) bewegbaren Kolben (78) aufweist,
welcher in der ersten Schaltstellung des Umschaltventils (40, 42) mit einem Endbereich den Querschnitt der Ventilöffnung (76) für den Anschluß der Arbeitsleitung (20, 21) abdichtend verschließt und eine oder mehrere im Ventilkörper (74) an­ geordnete Öffnungen (94) zur Verbindung des Querschnitts der Ventilöffnung (104) für den Anschluß der Verbindungsleitung (44, 46) zum Hydromotor (32) mit dem Querschnitt der Verbindungs­ leitung zum zweiten oder dritten Anschluß des Regelventils (34) freigibt und
welcher in der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils (40, 42) mit dem anderen Endbereich die Öffnungen (94) abdichtend verschließt und den Querschnitt der Ventilöffnung (76) für die Arbeitsleitung (20, 21) über einen innerhalb des Kolbens verlaufenden Kanal (90, 92) mit dem Querschnitt der Ventilöff­ nung (104) für die Verbindungsleitung (44, 46) zum Hydromotor (32) verbindet.

6. Steuereinheit nach Anspruch 5, insofern dieser auch auf An­ spruch 3 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endbereich des Kolbens und der diesen umgebende Bereich des Gehäuses so ausgebildet ist, daß während der Kolbenbewegung in die zweite Schaltstellung solange eine Abdichtung des Quer­ schnitts der Ventilöffnung (76) für die Arbeitsleitung er­ reicht wird, bis die Öffnungen (94) vollständig abdichtend verschlossen sind.

7. Steuereinheit nach Anspruch 6, insofern dieser auch auf An­ spruch 4 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilkörper (74) eine Öffnung (102) vorgesehen ist.