Hydraulikantrieb

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikantrieb mit mindestens einer

Hydraulikmaschine in einem Hydrauliksystem, das eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hydraulikantriebs.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 201 1 002 967 A1 ist ein

Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein hydraulisch betriebener Energiewandler und ein mit brennbarem Gas betriebener Energiewandler zusammenwirken.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines Hydraulikantriebs mit mindestens einer Hydraulikmaschine in einem Hydrauliksystem, das eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist, zu vereinfachen.

Die Aufgabe ist bei einem Hydraulikantrieb mit mindestens einer

Hydraulikmaschine in einem Hydrauliksystem, das eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweist, dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem ein stromlos geöffnetes Sicherheitsventil umfasst, das in einer Öffnungsstellung einen Druckabbau auf der Hochdruckseite ermöglicht. Der Hydraulikantrieb dient vorzugsweise zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug kann zum Antrieb nur den Hydraulikantrieb umfassen. Dann spricht man auch von einem reinen Hydraulikantrieb. Das Kraftfahrzeug kann zusätzlich zu dem Hydraulikantrieb aber auch einen weiteren Antrieb umfassen, zum Beispiel eine Brennkraftmaschine. Ein Kraftfahrzeug mit mehr als einem Antrieb wird auch als Hybridantrieb bezeichnet. Ein Hydraulikantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einem Hydraulikantrieb wird auch als Hydraulikhybridantrieb bezeichnet. Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit dem Hydraulikantrieb sollte unter allen

Betriebsbedingungen eine ungewollte Bewegung des Kraftfahrzeugs verhindert werden. Durch das erfindungsgemäße Sicherheitsventil kann in einem Fehlerfall der Druck auf der Hochdruckseite schnell und einfach abgebaut werden.

Dadurch kann eine durch hohen Druck auf der Hochdruckseite bewirkte

Bewegung eines mit dem Hydraulikantrieb ausgestatteten Kraftfahrzeugs sicher verhindert werden.

Ein Fehlerfall tritt beispielsweise auf, wenn sich die Hydraulikmaschine, beziehungsweise der Hydrostat nicht mehr verstellen, beziehungsweise kontrollieren lässt, egal durch welchen Fehler des Hydraulikantriebs, der auch als hydrostatischer Antrieb bezeichnet wird. Bei einer Axialkolbenmaschine mit Schwenkwiege lässt sich in einem Fehlerfall zum Beispiel die Schwenkwiege nicht mehr verschwenken. Der Fehler, der zu einem Fehlerfall führen kann, kann von mechanischer Art, zum Beispiel mechanisches Klemmen der Bauteile, sein, und/oder von elektrischer Art, zum Beispiel ein Kurzschluss in den elektrischen

Komponenten des Hydrostaten oder des hydrostatischen Antriebs, und/oder anderer Art sein. Der oder die Fehler, die zu einem Fehlerfall führen, können für einen unkontrollierten Druckaufbau auf der Hochdruckseite der

Hydraulikmaschine sorgen, was durch was durch das Sicherheitsventil in seiner Öffnungsstellung verhindert wird.

Auf der Niederdruckseite des Hydrauliksystems ist zum Beispiel ein

Hydraulikmediumreservoir oder ein Niederdruckspeicher angeordnet. In dem Hydraulikmediumreservoir oder in dem Niederdruckspeicher ist

Hydraulikmedium, zum Beispiel Hydrauliköl, angeordnet, das mit Niederdruck beaufschlagt ist. Bei dem Niederdruck handelt es sich zum Beispiel um

Umgebungsdruck. Der Niederdruck ist deutlich geringer als ein Hochdruck, der auf der Hochdruckseite herrscht. Auf der Hochdruckseite ist zum Beispiel ein Hochdruckspeicher angeordnet. Der Hochdruckspeicher dient zum Speichern und definiertem Abgeben von Hydraulikenergie. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft ein Speicherventil oder Speicherladeventil auf der Hochdruckseite zwischen der Hydraulikmaschine und dem Hochdruckspeicher angeordnet.

Der Hydraulikantrieb umfasst zum Beispiel zwei Hydraulikmaschinen, von denen eine vorzugsweise eine Hydraulikpumpe darstellt, während die andere vorzugsweise einen Hydraulikmotor darstellt. Die Hydraulikmaschinen können vorzugsweise sowohl als Hydraulikpumpe als auch als Hydraulikmotor betrieben werden. Die vorzugsweise als Hydraulikpumpe betriebene Hydraulikmaschine dient zum Beispiel zum Druckaufbau in dem Hochdruckspeicher. Über die vorzugsweise als Hydraulikmotor betriebene Hydraulikmaschine kann die im

Hochdruckspeicher gespeicherte Hydraulikenergie verwendet werden, um mindestens ein angetriebenes Rad des Fahrzeugs anzutreiben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil als direkt gesteuertes 2/2-Wegeventil mit der Öffnungsstellung und einer Schließstellung oder Rückschlagventilstellung ausgeführt ist. Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil ist kein Servoventil und kann, da es lediglich einen Druckausgleich zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite sicherstellen muss, einfach aufgebaut sein. Das wirkt sich positiv auf die Herstellkosten aus.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil der Hydraulikmaschine zugeordnet ist. Das Sicherheitsventil kann einer von zwei Hydraulikmaschinen zugeordnet sein. Es ist aber auch möglich, jeder Hydraulikmaschine ein erfindungsgemäßes

Sicherheitsventil zuzuordnen. Bei Hydrauliksystemen mit zwei

Hydraulikmaschinen ist das erfindungsgemäße Sicherheitsventil vorteilhaft einer sekundären Hydraulikmaschine zugeordnet, die vorzugsweise als Hydraulikmotor arbeitet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil zwischen einer Hochdruckleitung auf der Hochdruckseite und einer Leckageleitung der Hydraulikmaschine angeordnet ist. Über das Sicherheitsventil kann der Hochdruck auf der Hochdruckseite schnell und einfach in die Leckageleitung abgebaut werden. Das Sicherheitsventil ist besonders vorteilhaft in die Hydraulikmaschine eingebaut oder an die Hydraulikmaschine angebaut.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil einen Schließkörper umfasst, der in eine Schließstellung oder Rückschlagventilstellung vorgespannt ist, in welcher der Schließkörper eine Ablaufdrossel in einem Ventilstück verschließt. Der Schließkörper kann hydraulisch in seine Schließstellung oder

Rückschlagventilstellung vorgespannt sein. Der Schließkörper ist bevorzugt durch Federkraft, zum Beispiel mit Hilfe einer vorgespannten Federeinrichtung, in seine Schließstellung oder Rückschlagventilstellung vorgespannt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper teilweise in einem Haltekörper aufgenommen und/oder geführt ist, der zwischen dem Schließkörper und einem Anker eingespannt ist. Der Anker ist zum Beispiel durch eine Ankerfeder gegen den Haltekörper mit dem Schließkörper vorgespannt. Das Sicherheitsventil umfasst zum Beispiel einen Magnetkern und wird, zum Beispiel über eine Magnetspule, vorteilhaft elektromagnetisch beziehungsweise elektrisch betätigt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper an einem dem Anker zugewandten Ende einen Bund aufweist, der eine Anlagefläche für eine Ventilfeder darstellt, die zwischen dem Bund und dem Ventilstück eingespannt ist. Durch die

vorgespannte Ventilfeder wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass der Schließkörper die Ablaufdrossel in dem Ventilstück freigibt, wenn eine

Bestromung der Magnetspule unterbrochen wird.

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen

Hydraulikantriebs ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Sicherheitsventil in einem Fehlerfall, insbesondere im Fehlerfall„komplett kein Strom", automatisch öffnet oder durch stromlos Schalten geöffnet wird, so dass in dem Hydrauliksystem kein signifikanter Druck mehr herrscht. Das erfindungsgemäße Sicherheitsventil stellt eine sehr kostengünstige Lösung dar, wie in einem Fehlerfall sicher eine ungewollte Bewegung eines mit dem Hydraulikantrieb ausgestatteten Fahrzeugs verhindert werden kann.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hydraulikmaschine für einen vorab beschriebenen Hydraulikantrieb. Die Hydraulikmaschine ist separat handelbar.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Sicherheitsventil für einen vorab beschriebenen Hydraulikantrieb. Das Sicherheitsventil ist separat handelbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Hydraulikantriebs eines

Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitsventil in einer Öffnungsstellung;

Figur 2 das Sicherheitsventil aus Figur 1 in einer Schließstellung oder

Rückschlagventilstellung und

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel des in Figur 2 in seiner Schließstellung oder Rückschlagventilstellung dargestellten Sicherheitsventils im

Längsschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Hydraulikantrieb 10 eines Kraftfahrzeugs vereinfacht dargestellt. Der Hydraulikantrieb 10 ist zum Beispiel im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs antriebsmäßig mit einem angetriebenen Rad (nicht dargestellt) verbunden. Das angetriebene Rad kann zum Beispiel über ein Differenzial antriebsmäßig an den Hydraulikantrieb 10 angebunden werden. Bei dem Hydraulikantrieb 10 handelt es sich im dargestellten

Ausführungsbeispiel um einen reinen Hydraulikantrieb. Anders als dargestellt, kann der Hydraulikantrieb 10 aber auch Teil eines

Hydraulikhybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein.

Ein Hydraulikhybridantriebsstrang umfasst neben dem Hydraulikantrieb noch einen weiteren Antrieb als primären oder sekundären Antrieb. Bei dem weiteren Antrieb handelt es sich zum Beispiel um eine Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird.

Der Hydraulikantrieb 10 umfasst eine erste Hydraulikmaschine 11 und eine zweite Hydraulikmaschine 12. Die beiden Hydraulikmaschinen 11 und 12 sind eingangsseitig hydraulisch mit einer Niederdruckseite 13 verbunden.

Die Niederdruckseite 13 umfasst einen Niederdruckspeicher 14 mit

Hydraulikmedium, das mit Niederdruck beaufschlagt ist. Der Niederdruckspeicher 14 kann auch als Hydraulikmediumreservoir bezeichnet werden.

Ausgangsseitig sind die Hydraulikmaschinen 11 und 12 mit einer Hochdruckseite 16 verbunden. Die Hochdruckseite 16 umfasst einen Hochdruckspeicher 17 mit Hydraulikmedium, das mit Hochdruck beaufschlagt ist. Bei den

Hydraulikmaschinen 11 und 12, die nur durch Rechtecke angedeutet sind, handelt es sich zum Beispiel um Axialkolbenmaschinen.

Die Hydraulikmaschinen 11 und 12 können vorteilhaft sowohl als Hydraulikmotor als auch als Hydraulikpumpe betrieben werden. In einem

Hydraulikhybridantriebsstrang wird die Hydraulikmaschine 11 bevorzugt als Hydraulikpumpe betrieben. Die Hydraulikmaschine 12 wird in dem

Hydraulikhybridantriebsstrang vorzugsweise als Hydraulikmotor betrieben.

Durch ein Rechteck 21 ist eine Ventileinrichtung angedeutet. Bei der

Ventileinrichtung 21 handelt es sich vorzugsweise um ein Speicherventil oder ein Speicherladeventil, das auf der Hochdruckseite 16 zwischen die Ausgänge der Hydraulikmaschinen 11 und 12 und den Hochdruckspeicher 17 geschaltet ist. Durch ein Rechteck 22 ist eine optionale Filtereinrichtung angedeutet.

Den Hydraulikmaschinen 11, 12 ist vorzugsweise ein sogenanntes

Hauptstromventil (nicht separat dargestellt) zugeordnet. Die Niederdruckseite 13 und die Hochdruckseite 16 des Hydraulikantriebs 10 stellen ein Hydrauliksystem 25 dar, das zusätzlich zu den beiden Hydraulikmaschinen 11, 12, dem

Niederdruckspeicher 14, dem Hochdruckspeicher 17 und der Ventileinrichtung 21 eine Hochdruckleitung 26 und eine Leckageleitung 27 umfasst.

Die Hochdruckleitung 26 und die Leckageleitung 27 können in die

Hydraulikmaschine 12 integriert sein. Die Hochdruckleitung 26 ist der

Hochdruckseite 16 zugeordnet und mit Hochdruck beaufschlagt. Die

Leckageleitung 27 ist mit Niederdruck oder Umgebungsdruck beaufschlagt.

In einem Fehlerfall kann es passieren, dass ein (nicht dargestelltes)

Hauptstromventil der Hydraulikmaschine 11 nicht mehr richtig funktioniert. Es kann zum Beispiel passieren, dass das Hauptstromventil der Hydraulikmaschine 11 durch einen Steckerabfall keinen Strom mehr bekommt und dauernd offen bleibt. Das Hauptstromventil der Hydraulikmaschine 11 kann aber auch durch Verklemmen eines Schließkörpers fehlerhaft offen bleiben. Über das offene Hauptstromventil der Hydraulikmaschine 11 kann es zu einem unerwünschten Druckanstieg auf der Hochdruckseite 16 kommen.

Für einen solchen Fehlerfall ist in dem Hydrauliksystem 25 ein

erfindungsgemäßes Sicherheitsventil 30 vorgesehen. Das Sicherheitsventil 30 ist als 2/2-Wegeventil mit einer in Figur 1 dargestellten Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der dargestellten Öffnungsstellung ermöglicht das Sicherheitsventil 30 einen schnellen Druckabbau auf der Hochdruckseite 16. Zu diesem Zweck ist das Sicherheitsventil 30 zwischen der Hochdruckleitung 26 und der Leckageleitung 27 in der Hydraulikmaschine 12 angeordnet.

In Figur 2 ist das Sicherheitsventil 30 in seiner Schließstellung oder

Rückschlagventilstellung dargestellt. Durch eine symbolisch dargestellte Feder ist das Sicherheitsventil 30 in seine in Figur 1 dargestellte Öffnungsstellung vorgespannt. Durch elektromagnetische Betätigung beziehungsweise

elektrohydraulische Vorsteuerung kann das Sicherheitsventil 30 aus seiner in Figur 1 dargestellten Öffnungsstellung in seine in Figur 2 dargestellte

Schließstellung oder Rückschlagventilstellung umgeschaltet werden.

Das Sicherheitsventil 30 ist als einfach gesteuertes stromlos geöffnetes

Schaltventil ausgeführt und vorteilhaft in die Hydraulikmaschine 12 eingebaut. Das Sicherheitsventil 30 hat die Aufgabe bei einem Fehlerfall„komplett kein Strom" automatisch zu öffnen, um sicherzustellen, dass auf der Hochdruckseite 16 kein signifikanter Druck mehr herrscht beziehungsweise erzeugt werden kann.

In einem anderen Fehlerfall kann das Sicherheitsventil 30 durch geeignete Ansteuerung durch Unterbrechung der Bestromung geöffnet werden. Über das geöffnete Sicherheitsventil 30 zwischen der Hochdruckleitung 26 und der Leckageleitung 27 kann der Druck auf der Hochdruckseite 16 schnell abgebaut werden. Das Sicherheitsventil 30 stellt somit eine günstige Lösung dar, um in den relevanten Fehlerfällen sicher ein ungewolltes Bewegen eines mit dem

Hydraulikantrieb 10 ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern.

In Figur 3 ist das in seiner Schließstellung oder Rückschlagventilstellung befindliche Sicherheitsventil 30 aus Figur 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt. Das in Figur 3 dargestellte Sicherheitsventil 30 umfasst ein Polrohr 32, das mit einem Ende in eine Aufnahmebohrung 33 einer

Anschlussplatte 34 eingeschraubt ist.

Die Anschlussplatte 34 ist zum Beispiel in die Hydraulikmaschine (12 in Figur 2) des Hydraulikantriebs 10 in Figur 1 integriert. Die Anschlussplatte 34 umfasst eine Hochdruckbohrung 36, die zum Beispiel der Hochdruckleitung 26 in Figur 1 entspricht. Die Anschlussplatte 34 umfasst des Weiteren einen Leckagekanal 38, der zum Beispiel der Leckageleitung 27 in Figur 1 entspricht.

In der Aufnahmebohrung 33 ist zwischen dem Ende des Polrohr 32 und der Anschlussplatte 34 ein Ventilstück 40 mit einer Ablaufdrossel 41 eingespannt. Die Ablaufdrossel 41 geht von der Hochdruckbohrung 36 in der Anschlussplatte 34 aus. Das Sicherheitsventil 30 umfasst des Weiteren einen Magnetkern 42, der in dem Polrohr 32 angeordnet ist. Zwischen dem Ventilstück 40 und einem dem

Ventilstück 40 zugewandten Ende des Magnetkerns 42 ist eine

Restluftspalteinstellscheibe 44 angeordnet. Über die Restluftspalteinstellscheibe 44 kann ein Restluftspalt des Sicherheitsventils 30 eingestellt werden.

Das Sicherheitsventil 30 umfasst des Weiteren einen Anker 45, der in Richtung einer Längsachse 47 des Sicherheitsventils 30 in dem Polrohr 32 begrenzt hin und her bewegbar ist, das heißt in Figur 3 nach oben und nach unten. Durch eine Ankerfeder 46 ist der Anker 45 in Figur 3 nach unten vorgespannt.

Durch Bestromen einer Magnetspule 48 wird der Anker 45, wie man in Figur 3 sieht, gegen den Magnetkern 42 gezogen. Die zugehörige Magnetspule 48 wird durch Magnetfeldlinien erzeugt, die beim Bestromen der Magnetspule 48 unter anderem durch eine Verjüngung oder Einschnürung 49 des Polrohrs 32 in dem Magnetkern 42 und dem Anker 45 induziert werden.

Der Anker 45 des Sicherheitsventils 30 umfasst einen Ankerstößel 50, der mit seinem freien Ende an einem Haltekörper 52 anliegt. Der Haltekörper 52 umgreift und/oder führt einen Schließkörper 55, der in Figur 3 als Kugel ausgeführt ist. Derr Schließkörper 55 verschließt in seiner in Figur 3 dargestellten

Schließstellung die Ablaufdrossel 41 in dem Ventilstück 40.

Beim Bestromen der Magnetspule 48 drückt der Anker 45 mit dem Ankerstößel 50 den Schließkörper 55 über den Haltekörper 52 in einen Ventilsitz, der in dem Ventilstück 40 am oberen Ende der Ablaufdrossel 41 ausgebildet ist. Der Durchmesser der Ablaufdrossel 41 kann sehr klein gewählt werden, da es im vorliegenden Fall des Sicherheitsventils 30 lediglich um einen Druckausgleich im Fehlerfall gilt.

Demzufolge ist die durch die Magnetspule 48 aufzubringende Haltekraft auch relativ klein, was die kostengünstige Verwendung eines relativ kleinen Magneten ermöglicht. Außerdem wird das Sicherheitsventil 30 im Normalbetrieb bestromt, bevor in dem Hydrauliksystem 25 Hochdruck anliegt. Die Magnetkraft ist konstruktionsbedingt beim Zuhalten der Ablaufdrossel 41 aufgrund des elektromagnetischen Wirkprinzips am stärksten, da der Anker 45 dem Magnetkern 42 dann sehr nahe ist. Der Restluftspalt zwischen dem Anker 45 und dem Magnetkern 42 kann mit Hilfe der Restluftspalteinstellscheibe 44 sehr klein eingestellt werden.

Der Haltekörper 52 weist an seinem dem Schließkörper 55 abgewandten Ende einen Bund 58 auf. Eine Ventilfeder 60 ist zwischen dem Bund 58 und dem Ventilstück 40 eingespannt. Die Vorspannkraft der Ventilfeder 60 ist so gewählt und gegenüber der Vorspannkraft der Ankerfeder 46 so groß, dass sich der Haltekörper 52 mit dem Schließkörper 55 automatisch schnell von dem

Ventilstück 40 weg bewegt, wenn die Bestromung der Magnetspule 48 gewollt oder ungewollt unterbrochen wird. Durch die Ventilfeder 60 wird auf einfache Art und Weise ein schnelles Öffnen der Ablaufdrossel 41 sichergestellt.