Hydraulikantrieb

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikantrieb mit mindestens einer

Hydraulikmaschine in einem Hydrauliksystem, das eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite aufweist.

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 Komponentenschutz bei einem

Hydraulikantrieb mit mindestens einer Hydraulikmaschine in einem

Hydrauliksystem, das eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite aufweist, zu verbessern.

Die Aufgabe ist bei einem Hydraulikantrieb mit mindestens einer

Hydraulikmaschine in einem Hydrauliksystem, das eine Niederdruckseite und eine Hochdruckseite aufweist, dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem ein Druckbegrenzungsventil mit einer Überdruckberstfunktion aufweist, um bei einem unerwünschten Druckanstieg schlagartig eine Verbindung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite freizugeben. Je nach Ausführung des Druckbegrenzungsventils kann es passieren, dass bei relativ niedrigen

Öffnungsgeschwindigkeiten unerwünscht hohe Drücke in dem Hydrauliksystem auftreten. Dabei wirkt sich eine hohe Stabilität des Druckbegrenzungsventils eher nachteilig auf dessen Öffnungsverhalten aus. Daher kann es in

schwerwiegenden Fehlerfällen zu hohen Drucküberschwingern kommen, welche einzelne Komponenten des Hydrauliksystems beschädigen können. Darüber hinaus kann im gleichen Zusammenhang eine externe Leckage auftreten, die ebenfalls unerwünscht ist. Ein Fehler, der zu einem schwerwiegenden Fehlerfall führen kann, kann von mechanischer Art, zum Beispiel mechanisches Klemmen der Bauteile, sein, und/oder von elektrischer Art, zum Beispiel ein Kurzschluss in elektrischen Komponenten der Hydraulikmaschine, und/oder anderer Art sein. Der oder die Fehler, die zu einem schwerwiegenden Fehlerfall führen, können für einen unkontrollierten Druckaufbau auf der Hochdruckseite der

Hydraulikmaschine sorgen, was durch die erfindungsgemäße

Überdruckberstfunktion des Druckbegrenzungsventils verhindert wird.

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 Antrieb 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 Druckbegrenzungsventil mit der Überdruckberstfunktion kann in einem Fehlerfall, insbesondere in einem schwerwiegenden 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 bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil mit der

Überdruckberstfunktion auf der Hochdruckseite zwischen zwei

Hydraulikmaschinen und einem Hochdruckspeicher angeordnet ist. 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 weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckberstfunktion in ein Ventilstück des

Druckbegrenzungsventils integriert ist. Das Ventilstück dient zum Beispiel zur Darstellung eines Ventilsitzes des Druckbegrenzungsventils. Zur Darstellung der Überdruckberstfunktion dient zum Beispiel eine Berstscheibe, die eine

Verbindung in dem Ventilstück zwischen der Niederdruckseite und der

Hochdruckseite verschließt. Sobald ein Druck auf der Hochdruckseite einen vorgegebenen Druckwert überschreitet, berstet die Berstscheibe, so dass ein schneller Druckabbau von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite erfolgt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckberstfunktion in einen Ventilkolben des Druckbegrenzungsventils integriert ist. Die Überdruckberstfunktion ist besonders vorteilhaft in einen Schließkörper integriert, der an dem Ventilkolben ausgebildet ist. Der Schließkörper verschließt einen Hochdruckkanal, der geöffnet wird, wenn der Schließkörper von einem Ventilsitz des Druckbegrenzungsventils abhebt. Die Integration der Überdruckberstfunktion in den Ventilkolben liefert den Vorteil, dass das Druckbegrenzungsventil ansonsten unverändert bleiben kann.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil eine Berstscheibe umfasst. Das druckabhängige Bersten der Berstscheibe führt bei unzulässig hohen Drucküberschwingern im Hydrauliksystem zu einem schlagartigen Druckabbau. Die Berstscheibe kann zum Beispiel als dünne Stahlscheibe ausgeführt sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Berstscheibe in einem Verbindungskanal angeordnet ist, der die Hochdruckseite in dem Druckbegrenzungsventil mit der

Niederdruckseite verbindet. Die Berstscheibe kann zum Beispiel in den

Verbindungskanal eingepresst sein. Über das Material und die Dicke der Berstscheibe kann bei der Auslegung des Druckbegrenzungsventils eingestellt werden, bei welchem Überdruck ein schneller Druckabbau auf der

Hochdruckseite erfolgen soll, damit eine Beschädigung von Komponenten des Hydrauliksystems unterbleibt.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Berstscheibe zwischen zwei Hülsen fixiert ist, die in dem Verbindungskanal angeordnet sind. Mit den beiden Hülsen kann die Berstscheibe auf einfache Art und Weise in dem Verbindungskanal fixiert werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hydraulikantriebs ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hülsen mit der Berstscheibe in einem

Berstscheibenmodul kombiniert sind. Das Berstscheibenmodul kann schnell und einfach ausgewechselt werden, wenn in dem Druckbegrenzungsventil die Überdruckberstfunktion ausgelöst wurde. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Druckbegrenzungsventil mit einer Überdruckberstfunktion für einen vorab beschriebenen Hydraulikantrieb. Die Überdruckberstfunktion ermöglicht auf einfache Art und Weise in den vorab beschriebenen schwerwiegenden Fehlerfällen die Vermeidung von zu hohen Drucküberschwingern. Dadurch kann auf einfache Art und Weise sicher verhindert werden, dass externe Leckage auftritt. Darüber hinaus werden die Komponenten des Hydrauliksystems sicher vor einem unerwünscht hohen Überdruck geschützt.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Berstscheibe, insbesondere ein

Berstscheibenmodul, für ein vorab beschriebenes Druckbegrenzungsventil. Die Berstscheibe, insbesondere das Berstscheibenmodul, 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 Druckbegrenzungsventil, das eine Überdruckberstfunktion aufweist;

Figur 2 das Druckbegrenzungsventil aus Figur 1 mit einem Berstscheibenmodul im Längsschnitt;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Berstscheibenmoduls aus Figur 2 im Längsschnitt und

Figur 4 einen Ventilkolben des Druckbegrenzungsventils aus Figur 2 mit einem Berstscheibenmodul, wie es in Figur 3 dargestellt ist, 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, der auch als hydrostatischer Antrieb bezeichnet werden kann.

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, eine Niederdruckleitung 28 und eine Leckageleitung 27 umfasst.

Die Hochdruckleitung 26 ist der Hochdruckseite 16 zugeordnet und mit

Hochdruck beaufschlagt. Die Niederdruckleitung 28 ist der Niederdruckseite 13 zugeordnet und mit Niederdruck 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, der auch als schwerwiegender Fehlerfall bezeichnet wird, ist in dem Hydrauliksystem 25 ein erfindungsgemäßes

Druckbegrenzungsventil 30 mit einer Überdruckberstfunktion angeordnet. Die Überdruckberstfunktion sorgt in schwerwiegenden Fehlerfällen dafür, dass ein zu hoher Druck beziehungsweise zu hohe Drucküberschwinger in dem

Hydrauliksystem 25 durch eine Verbindung der Hochdruckseite 16 mit der Niederdruckseite 13 vermieden wird beziehungsweise werden.

In dem Hydrauliksystem 25 ist das Druckbegrenzungsventil 30 mit der

Überdruckberstfunktion in einer Verbindungsleitung 29 angeordnet, welche die Hochdruckleitung 26 mit der Niederdruckleitung 28 verbindet. Im normalen Betrieb des Hydrauliksystems 25 wirkt das Druckbegrenzungsventil 30 wie ein herkömmliches Druckbegrenzungsventil.

Nur in den vorab beschriebenen schwerwiegenden Fehlerfällen sorgt die

Überdruckberstfunktion des Druckbegrenzungsventils 30 dafür, dass ein unerwünscht hoher Druck beziehungsweise ein unerwünscht hoher

Drucküberschwinger schlagartig abgebaut werden kann, so dass die

unerwünschten Beschädigungen der Hydrauliksystemkomponenten und die unerwünscht externe Leckage verhindert werden.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Druckbegrenzungsventils 30 mit der Überdruckberstfunktion aus Figur 1 im Längsschnitt dargestellt. Das

Druckbegrenzungsventil 30 mit der Überdruckberstfunktion ist in einen

Gehäusekörper 35 eingebaut. Bei dem Gehäusekörper 35 handelt es sich um eine Komponente des Hydrauliksystems 25. Je nach konstruktiver Ausführung kann es sich bei dem Gehäusekörper 35 auch um eine Gehäusekomponente einer Hydraulikmaschine handeln.

Der Gehäusekörper 35 umfasst zur Aufnahme des Druckbegrenzungsventils 30 eine Aufnahmebohrung 40. Von der Aufnahmebohrung 40 gehen ein

Hochdruckkanal 41 und ein Niederdruckkanal 42 aus. Ein Ventilstück 45 ist in der Aufnahmebohrung 40 im Bereich des Hochdruckkanals 41 und des

Niederdruckkanals 42 angeordnet. Zur Abdichtung ist ein Dichtring 46 im Bereich des Hochdruckkanals 41 zwischen dem Ventilstück 45 und dem Gehäusekörper 35 angeordnet.

Das Ventilstück 45 ist mit Hilfe einer Verschlussschraube 48 in der

Aufnahmebohrung 40 des Gehäusekörpers 35 fixiert. Die Verschlussschraube 48 umfasst mit dem Ventilstück 45 einen zentralen Hohlraum, in welchem ein Ventilkolben 50 und eine Druckfeder 52 aufgenommen sind.

Der Ventilkolben 50 ist in dem Ventilstück 45, in Figur 2 nach oben und nach unten, hin und her bewegbar geführt. Die Druckfeder 52 stützt sich mit ihrem in Figur 2 oberen Ende an einer Einstellscheibe 53 ab. Die Einstellscheibe 53 ist zwischen dem in Figur 2 oberen Ende der Druckfeder 52 und der

Verschlussschraube 48 eingespannt.

Das in Figur 2 untere Ende der Druckfeder 52 ist gegen den Ventilkolben 50 vorgespannt. Der Ventilkolben 50 weist an seinem der Druckfeder 52

abgewandten Ende einen Schließkörper 54 auf. Der Schließkörper 54 dient zur Darstellung eines Ventilsitzes des Druckbegrenzungsventils 30 und verschließt in seiner in Figur 2 dargestellten Schließstellung einen Verbindungskanal 60.

Der Verbindungskanal 60 schafft eine Verbindung zwischen einem Ventilraum 56 in dem Ventilstück 45 und dem Hochdruckkanal 41 in dem Gehäusekörper 35. Von dem Ventilraum 56 gehen des Weiteren zwei Verbindungskanäle 58, 59 aus, die den Ventilraum 56 mit dem Niederdruckkanal 42 in dem Gehäusekörper 35 verbinden.

Wenn der Schließkörper 54 des Ventilkolbens 50 entgegen der Vorspannkraft der Druckfeder 52 von dem Ventilsitz abhebt, dann wird eine

Strömungsverbindung zwischen dem Hochdruckkanal 41, dem Verbindungskanal 60, dem Ventilraum 56, den Verbindungskanälen 58, 59 und dem

Niederdruckkanal 42 freigegeben. Das entspricht dann einer Normalfunktion des Druckbegrenzungsventils 30.

Um einen ordnungsgemäßen Normalbetrieb des Druckbegrenzungsventils 30 zu ermöglichen, sind darüber hinaus zwei Druckausgleichskanäle 61, 62

vorgesehen. Der Druckausgleichskanal 61 erstreckt sich durch den Ventilkolben 50 und schafft eine Druckausgleichsverbindung zwischen dem Ventilraum 56 und einem Aufnahmeraum für die Druckfeder 52. Der Druckausgleichskanal 62 erstreckt sich von dem Verbindungskanal 59 durch das Ventilstück 45 in den Aufnahmeraum für die Druckfeder 52. In Figur 2 umfasst das Ventilstück 45 darüber hinaus einen weiteren

Verbindungskanal 65. Der Verbindungskanal 65 schafft eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 60 in dem Ventilstück 45 und dem Niederdruckkanal 42 in dem Gehäusekörper 35.

In dem Verbindungskanal 65 ist ein Berstscheibenmodul 66 angeordnet. Das Berstscheibenmodul 66 öffnet bei extremen Drucküberschwingern, um

Beschädigungen von Hydrauliksystemkomponenten zu verhindern. Über das Berstscheibenmodul 66 erfolgt ein sehr schneller Druckabbau von dem

Hochdruckkanal 41 in den Niederdruckkanal 42.

In Figur 3 sieht man, dass das Berstscheibenmodul 66 aus Figur 2 eine Berstscheibe 70 umfasst. Die Berstscheibe 70 ist zwischen zwei Hülsen 71, 72 eingespannt. Die Hülsen 71, 72 sind zum Beispiel in den Verbindungskanal (65 in Figur 2) eingepresst.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Berstscheibe 70 mit den beiden Hülsen 71, 72 stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann zum Beispiel durch Schweißen hergestellt werden.

In Figur 4 sieht man, dass das Berstscheibenmodul 66 auch in einem

Verbindungskanal 75 des Ventilkolbens 50 angeordnet werden kann. Der Verbindungskanal 75 erstreckt sich durch den Schließkörper 54 des

Ventilkolbens 50. Das Berstscheibenmodul 66 ist zum Beispiel in den

Verbindungskanal 75 eingepresst.