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Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben Die Erfindung bezieht
sich auf eine Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben unter Last mit in die lastseitige
Druckmittelleitung zwischen Arbeitszylinder und Betätigungsorgan eingefügtem Sperrventil.
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Die Steuerung von Hydroantrieben bereitet dann Schwierigkeiten, wenn
zum Steuerdruck eine nicht vom Antrieb selbst herrührende, sich unter Umständen
auch noch ändernde Lastkomponente hinzutritt. Eine solche nicht vom Hydroantrieb
selbst herrührende Lastkomponente tritt beispielsweise beim Einfahren bzw. Absenken
von Hubwerken unter Last auf. Eine Veränderung dieser Lastkomponente ergibt sich
beispielsweise
bei der io;nderung-der Neigung von Kranauslegern
und dergleichen. Bei konstantem Steuerdruck führt die zusätzliche Lastkomponente
zu einer unerwünschten Zunahme der Senkgeschwindigkeit, der durch Gegensteuerung
begegnet wird. Daraus resultieren hohe Druckspitzen sowie ein nachteiliges Aufschaukeln
des Hydrosystems sowie der Anlage, die mit dem Hydrosystem ausgerüstet ist. Das
Aufschaukeln kann zu Beschädigungen am Hydrosystem wie auch an der Anlage führen.
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Den beim offenen Hydroantrieb auftretenden Schwierigkeiten entsprechende
Schwierigkeiten treten auch bei geschlossenen Hydroantrieben auf.
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Es ist vorgeschlagen worden, zur Behebung dieser Schwierigkeiten in
die lastseitige Druckölleitung ein Sperrventil mit einem nachgeschalteten Drosselrückschlagventil
einzufügen. Diese Ventilkombination weist jedoch erhebliche Nachteile auf. So muß
vom Drosselrückschlagventil abgestellt auf den jeweiligen Lastfall eine erhebliche
Drosselwirkurig ausgehen, damit ein hinreichender Staudruck entsteht. Beim Fahren
ohne Last oder aber wenn ein schnelleres Absenken unter Last vorgesehen ist, muß
gegen das Drosselventil mit vollem Förderdruck gefahren werden.
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Nach einem anderen Vorschlag ist dem Sperrventil ein federbelastetes
Kolbenbremsventil nachgeschaltet. Hierbei bereitet es Schwierigkeiten, die Ventile
genau aufeinander abzustimmen.
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Außerdem baut sich zwischen Sperrventil und Bremsventil ein Staudruck
auf, der in nachteiliger Weise das Schließen des Sperrventils beeinflußt.
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Es ist des weiteren bekannt, dem in der lastseitigen Druckölleitung
angeordneten Rückschlagventil einen Steuerkolben zuzuordnen, der das Rückschlagventil
über einen zwischen Rückschlagventil und Steuerkolben angeordneten Zwischenkolben
öffnet und als Drossel zur Regulierung der Druckmittel-Durchflußmenge bzw. der Fahrgeschwindigkeit
des Arbeitskolbens im Hydrozylinder dient. Steuerkolben und Zwischenkolben sind
selbständige Bauelemente (DT-PS 1 217 212).
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Mangels einer Verbindung zwischen Steuerkolben und Zwischenkolben
kann es hierbei zu einer gegenläufigen Verlagerung von Steuerkolben und Zwischenkolben
dergestalt kommen, daß der Steuerkolben außer Eingriff der Drosselstelle gelangt
und der Zwischenkolben, gegebenenfalls pendelnd, in Eingriff mit dem Rückschlagventil
bleibt, woraus ein unkontrollierbares Absenken - pulsierendes oder schlagartiges
Absenken
des Arbeitskolbens im Hydrozylinder resultiert. Als nachteilig
erweist es sich hierbei des weiteren, daß die Drosselstelle ausgehend vom Rückschlagventil
nur über eine Umgehungsleitung zugänglich ist, woraus eine der Schließrichtung des
Rückschlagventils entgegengesetzte Strömungsrichtung des Drucköls resultiert, was
im Ergebnis dazu führen kann, daß bei unvorhergesehenem, plötzlichen Abfa-ll des
Steuerdrucks, etwa beim Leckwerden der Förderleitung oder beim Ausfall des Antriebs,
ein Schließen des Rückschlagventils unterbleibt.
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Nach einem eigenen älteren Vorschlag (DU-OS 2 209 506) wird bei solchen
Einrichtungen zum Steuern von Hydroantrieben unter Last mit in die lastseitige Druckmittelleitung
zwischen Arbeitszylinder und Betätigungsventil eingefügtem Sperrventil dem Sperrventil
ein Drosselventil zugeordnet, dessen Ventilkörper auf einer Kolbenstange angeordnet
ist, deren dem Sperrventil zugekehrtes Ende mit dem Ventilkörper des Sperrventils
im Sinne einer Öffnung des Sperrventils nach vorausgehender Schließstellung des
Drosselventils mit einem Bereich stetig zunehmenden Durchflußquerschnitts des Drosselventils
in Eingriff bringbar ist, und die auf der
vom Sperrventil abgekehrten
Seite einen einerseits vom Lastdruck und andererseits vom -Steuerdruck beaufschlagbaren,
die.
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Kolbenstange mitnehmenden Steuerkolben trägt. Diese Lösung führt beim
Einfahren bzw. Absenken von Hubwerken unter Last unter-normalen Bedingungen zu einem
selbsttätigen Einpendeln auf eine mittlere Durchflußmenge an der Drosselstelle und
damit zu einer mittleren Sinkgeschwindigkeit der Kolbenstange des Arbeitszylinders,
erweist sich aber bei instabilen Systemen, etwa überlangen Auslegersystemen, noch
nicht als voll befriedigend, da es auch hierbei insbesondere in Verbindung mit hohem
Lastdruck noch zu unerwünschten Druckschwankungen im System kommen kann.
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Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben
unter Last mit in die lastseitige Druckleitung zwischen Arbeitszylinder und Betätigungsorgan
eingefügtem, durch ein Regelorgan mechanisch zu öffnenden Sperrventil mit einem
Bereich stetig zunehmenden Durchlaufquerschnitts an der vom Regelorgan überfahrbaren
Regelstelle nach vorausgehender Schließung der Regelstelle und einem dem Regelorgan
zugeordneten, auf der vom Sperrventil abgekehrten Seite vom Steuerdruck beaufschlagbaren
Steuerkolben vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Sperrventil
ein
an sich bekanntes mit einem Vorsteuerventil kombiniertes Rückschlagventil ist und
das rückstellbare Regelorgan auf der vom Sperrventil abgekehrten Seite sowohl eine
vom Steuerdruck beaufschlagbare Steuerfläche als auch eine vom am Sperrventil anstehenden
Lastdruck bei zumindest teilweise geschlossener Regelstelle beaufschlagbare Druckausgleichsfläche
aufweist.
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Bei der neuen Lösung wird nach dem vor Freigabe des Durchflusses für
das lastseitig anstehende Druckmittel beim Einfahren der Kolbenstange bzw. Absenken
des Kolbens des Arbeitszylinders erfolgenden Druckausgleich am Sperrventil und am
Regelorgan allein noch von Steuerdruck die Öffnung des Sperrventils bewirkt und
der Durchflußquerschnitt an der Regelstelle bestimmt, der damit unbeeinflußt von
lastseitigen, etwa auf ein Schwingen des mit dem Hydroantrieb ausgerüsteten Hubwerks
zurückzuführenden Druckschwankungen bleibt. Allein der variierbare Steuerdruck bestimmt
den Durchflußquerschnitt und damit die Sinkgeschwindigkeit der Kolbenstange des
zugeordneten Arbeitszylinders.
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Einer bevorzugten Ausführungsform gemäß ist dem Ventilkörper des Vorsteuerventils
ein in Schließstellung des Ventil
körpers in den Schließbereich
der Regelstelle hineinragender Stößel mit stetig zunehmenden Durchflußquerschnitt
zugeordnet und das zylindrische gegen den Stößel auflaufende Regelorgan mit einem
Durchgang in Gestalt einer Längsbohrung für das lastseitig anstehende Druckmittel
versehen. Dabei ist natürlich dafür Sorge zu tragen, daß der Stößel sich nicht in
die fluchtende Bohrung des Regelorgans schieben kann.
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Steuerfläche und Druckausgleichsfläche lassen sich durch einen mit
einer Ringschulter versehenen Kolben realisieren.
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Dabei ist dann die den Steuerkolben bildende Ringschulter zweckmäßigerweise
in einem Dämpfungsraum angeordnet, an den auf der vom Sperrventil abgekehrten Seite
des Steuerkolbens die Steuerleitung angeschlossen ist.
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Im Prinzip sind die Steuerfläche und die Druckausgleichsfläche des
Regelorgans austauschbar. Bei kleineren Einheiten kann es sich sogar empfehlen,
die Steuerfläche an die Stirnseite des Regelorgans zu verlegen.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht es in vorteilhafter Weise,
das Sperrventil und das kombinierte Steuer-und Regelorgan in einer sogenannten Patrone
unterzubringen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung weitergehend erläutert.
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Der Hydroantrieb besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 11,
etwa für einen Kranausleger, Druckölbehälter 21 und Pumpe 21t, dem Betätigungsventil
31, dem Sperrventil 41 und dem kombinierten Steuer- und Regelorgan 61.
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Je nachdem, welcher der Zylinderräume 111 und 112 des Arbeitszylinders
11 mit Drucköl beaufschlagt wird, wird die auf dem Kolben 113 sitzende Kolbenstange
114 aus- oder eingefahren. Welcher der Zylinderräume lli und 112 mit Drucköl beaufschlagt
wird, bestimmt sich durch das Betätigungsventil 31, durch das das aus dem Behälter
21 gepumpte (21t) Drucköl beim Ausfahren der Kolbenstange 114 durch das Leitungssystem
71, 71t in den Zylinderraum 111 des Arbeitszylinders 11 gelangt. Mit dem Ausfahren
der Kolbenstange 114 durch Heben des Kolbens 113 geht ein Abfließen von Drucköl
aus dem Zylinderraum 112 des Arbeitszylinders 11 durch die Leitung 81 in den Druckölbehälter
21 einher. Das Einfahren der Kolbenstange 114 erfolgt bei gegenläufiger Beaufschlagung
des Arbeitskolbens 113 mit Drucköl durch Umschaltung des Betätigungsventils 31,
jedoch erst nach Öffnung des Sperrventils 41 gegen den dahinter anstehenden Lastdruck
L.
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In das Leitungssystem 71, 71t zwischen Betätigungsventil 31 und Zylinderraum
111 des Arbeitszylinders 11 ist als Sperrventil 41 ein Rückschlagventil, bestehend
aus einem unter der Einwirkung einer Feder 413 und des Lastdruckes L gegen den Ventilsitz
411 gepreßten~Ventilkörper 412, eingefügt, das ein unbeabsichtigtes Absinken des
Arbeitskolbens 113 bei einem Druckabfall im System, etwa durch Leitungsbruch oder
Ausfall der Förderpumpe 21 t, ausschließt. Für das Absenken des Arbeitskolbens 113
bedarf es zusatzlich zur Beaufschlagung des Zylinderraums 112 des Arbeitszylinders
11 mit Drucköl der Öffnung des Sperrventils 41 gegen den Lastdruck L, damit das
Drucköl aus dem Zylinderraum 111 durch das Leitungssystem 71, 71t in den Druckölbehälter
21 abfließen kann.
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Zu diesem Zweck ist der Ventilkörper 412 des Rückschlagventils 41
mit einer zentralen Bohrung 414 versehen, die durch einen weiteren, unter der Einwirkung
einer Feder 417 und des Lastdruckes L stehenden Ventilkörper 416 verschlossen, mit
Hilfe eines dem Ventilkörper 416 zugeordneten, sich in der Bohrung 414 des Ventilkörpers
412 führenden und in Schließstellung des Ventilkörpers 416 über den Ventilkörper
411 vorspringenden Stößels 418 mit Nuten 419 zunehmenden Querschnitts zu öffnen
ist. -
Bewirkt wird die-Öffnung durch einen gegen den Stößel 418
auflaufenden, mit Regelnuten 612 im Abstand von der Stirnfläche unter vorübergehender
Unterbrechung des Durchflusses den Schließbereich 711, 712 überfahrenden Regelkolben
611, der eine den Steuerkolben bildende Ringschulter 613 aufweist, auf den einerseits
eine Rückstellfeder 614 einwirkt und andererseits (615) der über die von der Leitung
81 abzweigende Steuerleitung 81t erzeugbare Steuerdruck S wirksam wird, mit einer
durch eine zentrale Bohrung 616 zugänglichen Druckausgleichsfläche 617 auf der vom
Sperrventil 41 abgekehrten Seite.
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Der die Feder 614 aufnehmende Raum 618 ist durch eine Leitung 619
so geringen Querschnitts, daß eine zusätzliche hydraulische Dämpfung erhalten bleibt,
mit der Druckölleitung 71 kurzgeschlossen.
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Die Wirkungsweise dieses Hydroantriebes ist folgende: In Nullstellung
des Betätigungsventils 31 steht über die Steuerleitung 81 t kein Steuerdruck S an,
das Steuer- und Regelorgan 61 befindet sich unter der Einwirkung der Rückstellfeder
614 in der Ausgangslage und das in die Drucköls leitung 71, 71t eingefügte Sperrventil
41 ist unter der Einwirkung der Federn 413 und 417 geschlossen. Unterstützt
wird
die Schließstellung der Ventilkörper 412 und 416 durch den hinter dem Sperrventil
anstehenden Lastdruck L.
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In Ausfahrstellung des Betätigungsventils 71 hebt das durch die Leitung
71 gepumpte (21t) Drucköl den Ventilkörper 412 des Sperrventils 41 von seinem Sitz
411 ab, woraus der drosselfreie Durchfluß des Drucköls in die in den Zylinderraum
111 des Arbeitszylinders 11 mündende Leitung 71t resultiert, der zum Heben des Kolbens
113 bzw. Ausfahren der Kolbenstange 114 unter gleichzeitigem Abströmen von Drucköl
aus dem Zylinderraum 112 des Arbeitszylinders 11 durch die Leitung 81 in den Druckölbehälter
21 führt.
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Für das Einfahren der Kolbenstange 114 bzw. das Absenken des Kolbens
113 des Arbeitszylinders 11 ist zusätzlich zur Einleitung von Drucköl in den Zylinderraum
112 des Arbeitszylinders 11 durch die Leitung 81 die Öffnung des Sperrventils 41
erforderlich. Das Öffnen des Sperrventils 41 wird eingeleitet durch aus durch die
Steuerleitung 81t hinter die Bestandteil des Steuer- und Regelorgans 61 bildende
Ringschulter 613 strömendes Drucköl resultierendem, den Kolben 611 gegen die Wirkung
der Rückstellfeder 614 in Richtung auf das Sperrventil 41 verlagerndem Steuerdruck
S. Das dabei
aus dem die Feder 614 aufnehmenden Raum 618 verdrängte
Öl fließt durch die Kurzschlußleitung 619 und die Leitung 71 in den Druckölbehälter
21, während das vor dem Kolben 611 anstehende Drucköl durch die Bohrung 616 im Kolben
611 in den Raum hinter der Druckausgleichsfläche 617 gelangt.
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Nach Überfahren der Schließkante 711 und vollständiger Unterbrechung
des Durchflusses bzw. Abflusses an dieser Stelle wird das noch vor dem Kolben 611
anstehende Öl ausschließlich in den Druckausgleichsraum (617) überführt.
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Ist der Kolben 611 auf den Bestandteil des Vorsteuerventils 415, 416
bildenden Stößel 418 aufgelaufen, hebt er den Ventilkörper 416 von dem Ventilsitz
415 ab. Das dann durch die Bohrung 414 über die Regelnuten 419 abströmende lastseitige
Drucköl gelangt dabei - die Stirnseite des Kolbens 611 befindet sich noch im Schließbereich
711, 712 - zunächst ebenfalls durch die zentrale Bohrung 616 des Kolbens 611 vor
die Druckausgleichsfläche 617 hinter dem Kolben 611 und es kommt zum Druckausgleich
am Rückschlagventil 41 und am Kolben 611. Erst dann vermag der auf die Ringschulter
613 des Kolbens 611 einwirkende Steuerdruck S den Kolben 611 gegen den Druck der
Federn 413 und 614 weiter über die hintere
Kante 712 des Schließbereichs
711, 712 hinaus unter Überführung der Regelnuten 612 in dem Bereich dieser Kante
712 zu verlagern. Durch die Regelnuten 612 fließt sodann das vor dem Sperrventil
41 anstehende Drucköl durch die Leitung 71 in den Druckölbehälter 21 kontrolliert
ab. Die Höhe des wählbaren Steuerdruckes S bestimmt den Durchflußquerschnitt und
somit die Absinkgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 113.
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Sinkt der Steuerdruck S ab, drücken die Federn 413 und 614 den Kolben
611 zurück in die Ausgangslage. Dabei gehen zunächst sowohl der Hauptventilkörper
412 des Sperrventils 41 als auch der Kolben 611 in Schließstellung über. Sodann
schließt der Ventilkörper 416 des Vorsteuerventils 415, 416.
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Erst dann verläßt der Kolben 611 den Schließbereich 711, 712 unter
Freigabe des Durchflusses an dieser Stelle. Das hinter dem Kolben 611 anstehende
Drucköl wird dabei durch die Bohrung 616 im Kolben 611 weggedrückt, gleichermaßen
fließt das hinter der Ringschulter 613 des Kolbens 611 anstehende Öl durch die Leitung
81 t ab.