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Vorsteuerung für bremsventil
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Die Erfindung betrifft die Vorsteuerung für ein in einem halboffenen
Hydraulikkreis mit Pumpe und Differentialzylinder angeordnetes, durch einen mit
Schwingungen behafteten Signaldruck aus dem Zulaufdruck der Kolbenstangenseite eines
einfahrenden, auf der Kolbenseite die abzusenkende Last tragenden Differentialzylinders
für Bagger und andere Baumaschinen angesteuertes Bremsventil mit einem zylindrischen,
in seiner Längsachse in einer Kolbenführung in einem Gehäuse mit einem Ringraum
für das zuströmende und einem weiteren Ringraum für das abströmende Arbeitsöl beweglichen,
mit einem Ringraum versehenen und in Arbeitsstellung durch Steuerdruck, Federkraft
und den statischen Kräften sowie den Impulskräften aus dem Arbeitsöl beaufschlagten,
mit einem Sitzteller versehenen Steuerkolben, wobei der Ringraum im Steuerkolben
in Nullstellung des Ventiles unter Arbeitsdruck steht und in Arbeitsstellung die
beiden Räume im Gehäuse miteinander verbindet und der veränderbare, beim Abheben
des Sitztellers sich bildende Steuerspalt auf der Abströmseite des Kolbenringraumes
angeordnet ist, die beiden ringförmigen Begrenzungsflächen des Ringraumes im Steuerkolben
gleich groß sind, d.h. den gleichen äußeren und inneren Durchmesser haben und der
äussere mit dem Durchmesser der Kolbenführung übereinstimmt und die Vorsteuerkamner
für den die Kolbenbewegung bewirkenden Vorsteuerdruck auf der der Abströmseite abgewandten
Seite des Kolbens liegt und eine Ringnut mit Tankanschluß in der Kolbenführung den
Vorsteuerdruck vom Arbeitsöl trennt.
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In einem halboffenen Hydraulikkreis mit Pumpe und einem Differentialzylinder,
der auf der Kolbenseite die abzusenkende Last trägt, muß beim Einfahren des Differentialzylinders,
d.h. bei in Bewegungsrichtung wirkender Last, verhindert werden, daß die volumenstromaus
schiebend
wirkende, schwingende Last das Volumen aus dem Kolbenraum schneller ausschiebt,
als die zugehörige Pumpe auf der Zuführungsseite in den Kolbenringraum nach fördern
kann. Hierdurch würde hohlsog entstehen und bei Unterschreiten eines bestimmten
Grenzdruckes schlagartig Gas aus der Hydraulikflüssigkeit ausgelöst werden, was
zur Blasen- bzw. Schaumbildung führt und weitere Schwingungen zur Folge hat.
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Der Zulaufdruck im Ringraum des Differentialzylinders muß so hoch
bleiben, daß Gasauslösungen mit Sicherheit verhindert werden. Um dies zu erreichen,
wird das Bremsventil durch Federdruck gesperrt, wenn kein ausreichender Zulaufdruck
vorhanden ist. Nur wenn, bzw.
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so lange ein ausreichender Zulaufdruck vorhanden ist, wird während
des Senkvorganges das Öffnen des Bremsventiles durch diesen Zulaufdruck bewirkt,
so daß Arbeitsöl aus dem Kolbenraum des Differentialzylinders abfließen kann. Das
Öffnen des Bremsventiles aus einem Zulaufdruck darf selbstverständlich nur erfolgen
beim Lastsenken, nicht aber beim Lastheben, bzw. beim Lasthalten. Beim Absenken
der Last treten Schwingungen auf, die beispielsweise aus den Bewegungswiderständen
im Zylinder oder an seinen Verlagerungen, aus der Elastizität eines durch den Differentialzylinder
abgestützen Auslegers oder sonstigen Tragwerksteile u.dgl. herrühren.
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Bei den bekannten Anordnungen von Bremsventilen, bei denen der Vorsteuerdruck
direkt aus dem Zulaufdruck entnommen wird, wirken diese Schwingungen auf die Ansteuerung
der Bremsventile , haben Axialschwingungen seines Hauptsteuerkolben und entsprechende
Veränderung des Durchflußquerschnittes zur Folge, so daß sich den Schwingungen aus
der Last weitere Schwingungen im Hydraulikkreis überlagern und diese Schwingungen
sich sogar aufschaukeln können.
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Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Steuerkolben des Bremsventiles
nur frei von Axialschwingungen sein kann, wenn an ihm laufend jeweils ein Gleichgewicht
zwischen der Federkraft, dem Vorsteuerdruck, den statischen Kräften und auch den
Impulskräften aus dem Arbeitsöl usw. besteht.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, den Vorsteuerkolben des Bremsventiles
mit einem schwingungsfreien Vorsteuerdruck zu beaufschlagen und den Zulaufdruck
insbesonders auch im Ringraum des Differentialzylinders auch bei Schwingungen so
hoch zu halten, daß Gasauslösungen aus dem Öl sicher verhindert werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die beim Lastsenken
aus dem Zulaufdruck in den Vorsteuerkreis eingehenden, mit Schwingungen behafteten
Signale im Vorsteuerkreis so gedämpft werden, daß dem Bremsventil-Steuerkolben eine
im wesentlichen schwingungsfreie Vorsteuerkraft zugeführt wird.
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Rein hydraulisch kann die Dämpfung bzw. Glättung der schwingenden
Signale beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß im Vorsteuerkreis 4 in Reihe
angeordneten Dämpfungsglieder, umfassend im Eingang eine Blenden/Rückschlagdrosselkombination
5,G zur Dämpfung von Druckabnahmesignalen und zum ungedämpften Durchlassen von Druckzunahme-Signalen,
ein Uberdruck-Sperrventil 8 zum Begrenzen des Vorsteuerdruckes, ein hydro-pneumatischer
Druckspeicher 9 mit Druckabsicherung und eine Blende 11 im Eingang zur Vorsteuerkammer
des Brensventiles 12 die Signolglättung bewirken und ein im Vorsteuerkreis hinter
der Eingangsdrossel eingefügtes, elektrisch betätigtes 4/2-Wege-Ventil 7 nur beim
Last senken den Vorsteuerkreis offen hält und beim Beenden des Senkvorganges eine
Schnellentlastung des Druckspeichers und der Vorsteuerkammer im Bremsventil bewirkt
und den Signaleingang sperrt.
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Bei dieser Ausbildung des Vorsteuerkreises wird dem Bremsventil ein
praktisch schwingungsfreier Vorsteuerdruck zugeführt, da durch den Druckspeicher
in Kombination mit der Blenden/Rückschlagdrossel und dem Uberdruck-Sperrventil,
die aus den mechanisch unregelmäßigen Schwingungen resultierenden,unregelmaßigen
Signale so geglättet werden, daß das Bremsventil höchstens kurzzeitig aperiodisch,
in der Regel jedoch überhaupt nicht schwingt, und es bleibt der Durchflußquerschnitt
im Bremsventil unbeeinflußt von Schwingungen und Druckstößen im Arbeits- und Steuerstrang.
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Die Dämpfung bzw. Glättung der aus dem Zulaufdruck entnommenen hydraulischen
Signale kann auch dadurch erfolgen, daß die in den Vorsteuerkreis eingegebenen,mit
Schwingungen behafteten hydraulischen Signale durch an sich bekannte Mittel in entsprechend
elektrische Signale umgesetzt und diese in bekannter Weise elektrisch, bzw. elektrisch/elektronisch
gedämpft bzw. geglättet werden und mit den geglätteten elektrischen Signalen die
schwingungsfreie Ansteuerung des hydraulischen Bremsventiles erfolgt.
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Voraussetzung ist in allen Fällen, daß das Bremsventil selbst,wie
im Oberbegriff als bekannt vorausgesetzt, so ausgeführt ist, daß es nicht durch
abströmendes Arbeitsöl zum Schwingen gebracht wird.
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Erfindungsgemäße Ausführungen der Vorsteuerkreise zur Ansteuerung
des Bremsventiles sind in den Fig. 1 und 2 beispielsweise, ohne Einschränkung des
Erfindungsgedankens, gezeigt.
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Es bezeichnen in Fig. 1 1 - den Differentialzylinder 2 - die Wirkungsrichtung
der äußeren Last 3 - die Arbeitspumpe 4 - den Vorsteuerkreis
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eine Blende 6 - die Drossel der Blenden/Drosselkombination 7 - ein elektrisch betätigtes
4/2-Wege-Ventil 8 - das Uberdruck-Sperrventil 9 - den Druckspeicher mit Druckabsicherung
10 - ein Filter 11 - die Blende im Eingang zur Vorsteuerkammer des Bremsventiles
12 - das Bremsventil 13 - die Leitung für den Zulaufdruck zum Ringraum des Differentialzylinders
14 - den Leckölanschluß für das Uberdruck-Sperrventil Es bezeichnen in Fig. 2 1
- den Differentialzylinder 2 - die Wirkungsrichtung der äußeren Last 3 - die Arbeitspumpe
4 - den Vorsteuerkreis 21 - ein hydraulisch/elektrisch wirkender Druckgeber 23 -
ein Gitter zur Dämpfung bzw. Glättung der schwingenden Signale 24 - einen Verstärker
für die geglätteten Signale 25 - einen elektrisch/hydraulisch wirkenden Signalumformer
Bei einer rein hydraulischen Lösung des Erfindungsgedanken wird, wie in Fig. 1 beispielsweise
gezeigt, das Signal für die Betätigung des Bremsventiles aus dem Zulaufdruck 13
in den Vorsteuerkreis 4 eingeleitet. In der Blenden/Drosselrückschlag/Kombination
dämpft die Blende 5 die Druckabnahme-Signale, d.h. die nach unten gerichteten Schwingungsperioden,
dagegen läßt die Rückschlagdrossel 6 die Druckzunahmesignale ungedämpft durch, d.h.
die nach oben gerichteten Schwingungshalbperioden werden hier nicht abgeschnitten.
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Im Uberdruck-Sperrventil 8 wird der eingehende Signaldruck auf den
durch eine Feder einstellbaren Vorsteuerdruck begrenzt. Nur Drücke bis zu dem eingestellten
Druck gehen frei durch, die den eingestellten Druck übersteigenden Druckstöße bzw.
Druckschwingungen werden gesperrt. Der Druckspeicher 9 halt den Vorsteuerdruck auf
seiner Höhe. Die Blende 11 dient zur weiteren endgültigen Glättung der eingegebenen
Signale, so daß das in sich schwingungsgedämpfte bzw. in sich schwingungsfreie ausgebildete
Bremsventil mit einem im wesentlichen schwingungsfreien Vorsteuerdruck beaufschlagt
wird und höchstens kurzzeitig aperiodisch, in der Regel jedoch überhaupt nicht,
in Schwingungen gerät.
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Die Abstimmung des Vorsteuerkreises und des Bremsventiles und insbesondere
der Schließfeder im Bremsventil und auch die Einstellung des Vorsteuerdruckes im
Uberdruck-Sperrventil erfolgt darüber hinaus so, daß der Vorsteuerdruck das Bremsventil
nur öffnen kann, wenn der Zulaufdruck im Ringraum des Differentialzylinders und
der aufgrund der Leitungswiderstönde entsprechend höhere Zulaufdruck im Eingang
zum Vorsteuerkreis 4 so hoch liegt, daß in allen Räumen und Leitungen das Gasauslösen
mit Sicherheit ausgeschlossen wird.
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Im Eingang zum Bremsventil, d.h. vor der Eingangsblende ist ein Filter
10 angeordnet, um Einschlüsse im Öl zurückzuhalten; er wirkt noch zusätzlich zu
der Blende 11 dämpfend.
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Bei einer Lösung des Erfindungsgedanken auf elektrischem Wege wird,
wie in Fig. 2 gezeigt, das Signal für die Betätigung des Bremsventiles ebenfalls
aus dem Zulaufdruck 13 in den Vorsteuerkreis 4 eingeleitet. In dem hydraulisch/elektrisch
wirkenden Druckgeber 21 werden eingegebene, mit Schwingungen behaftete hydraulische
Signale in entsprechend elektrische Signaleumgewandelt.
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In dem Gitter 23 werden die elektrischen Signale gedämpft bzw.
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geglättet und anschließend in dem Verstärker 24 verstärkt. In dem
elektrisch/hydraulisch wirkenden Signalumformer 25 werden die elektrischen und entsprechend
verstärkten Signale in geglättet hydraulische Signale umgewandelt. Diese geglätteten
hydraulischen Signale dienen zur schwingungsfreien Ansteuerung des Bremsventiles
12.
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Auch hier muß die Abstimmung des Vorsteuerkreises mit seinen Signalumsetzern,
Glöttungsgitter usw. so erfolgen, daß das Bremsventil nur geöffnet werden kann,
wenn der Zulaufdruck im Ringraum des Differentialzylinders und der aufgrund der
Leitungswiderstände entsprechend höhere Druck im Eingang zum Vorsteuerkreis 4 so
hoch liegt, daß in allen Räumen und Leitungen das Gasauslösen mit Sicherheit ausgeschlossen
wird.
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Bei kleineren Anlagen kann es zweckmäßig sein, die verstärkten elektrischen
Signale über Magnete, Proportional-Magnete oder andere elektrisch/mechanisch wirkende
Bauteile direkt auf den Hauptsteuerkolben des Bremsventiles 12 wirken zu lassen.