EP2354564A1 - Rohrbruchsicherung für hydraulisch betätigte Hebezeuge - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for pipe rupture protection for hydraulically operated hoists.
- a safety valve is installed in the hydraulic line between the main spool and the lifting cylinder of the hoist, through which the hydraulic fluid flows when lifting the load to the lifting cylinder and when lowering the load from the lifting cylinder.
- the safety valve is usually mounted directly on the hydraulic cylinder of the hoist.
- the main spool is located near the pump. Since it can not be ruled out that a pipe break in the hydraulic line between the main spool and the safety valve may occur, measures must be taken to prevent that in such a case when lowering the load can crash.
- the safety valve is used for this purpose. Its function is to ensure that in case of pipe rupture, the then inevitable sinking of the load is sufficiently slowed down and the load does not crash.
- the stipulation is that the increase in the load sink velocity in the case of a pipe rupture may reach a maximum of 100% of the set speed, ie the load may fall no more than twice as fast in the event of a pipe rupture as occurs during normal lowering of the load.
- Usual load lowering speeds are adjustable in the range between 0 and 200 mm per second.
- the arrangement is such that when lowering the load, the safety valve opens only after the main slide and thus the sensitivity of the control of the load speed depends on the conditions of the safety valve.
- control pressure generated by a spool which controls the main spool when lifting and lowering the load, is also applied to the valve stem of the safety valve when the load is lowered in order to open it against a spring biasing it in the closing direction.
- the object of the invention is to eliminate the need for placed in the safety valve considerable expense and bring the pipe burst safety aspect in a simpler manner the more effective.
- the conditions are such that the opening force generated by the control pressure to lower the load on the valve spindle of the safety valve alone is not sufficient to displace the valve spindle counter to its spring bias into the open position. Rather, to open the safety valve to lower the load and the static pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic line required between the safety valve and the main spool, which generates an additional opening force via a corresponding annular surface on the valve stem of the safety valve. Only when these two opening forces are added can the safety valve be opened to lower the load.
- the static pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic line alone is just as little sufficient as the coming from the spool control pressure.
- the conditions in the arrangement according to the invention over the conventional practice are reversed. While in the conventional arrangement, when lowering the load, first the main spool opens and then the safety valve, in the arrangement according to the invention, the order can be reversed, i. First the safety valve opens, and then the control of the lowering and the lowering speed of the load is carried out via the spool valve. A special sensitivity of the safety valve is not necessary in this case, so that here constructive effort can be saved and costs can be reduced.
- Fig. 1 shows a schematic diagram of a hydraulic hoist with a main spool 1, a lifting cylinder 2, which acts on a load 3, and a safety valve 4, which is mounted directly on the lifting cylinder 2.
- the hydraulic fluid pump and the hydraulic line from the pump to the main spool 1 are not shown.
- the main spool 1 is designed as a proportional valve, which is acted upon via a spool 7 with a control pressure, which causes the displacement of the main spool in the respectively desired open position for lifting or lowering the load.
- the two schematic arrows 1a and 1b on both sides of the main spool 1 denote the control pressure action directions when lifting or lowering the load. It should be noted that for reasons of clarity in Fig. 1 the control pressure line from the spool 7 to the main spool 1 is not shown, there are only the control pressure lines 7a and 7b from the spool to the main spool 1 and the safety valve 4 for lowering the load shown. Only when lowering the load is a Steuerpecializingbeetzstoffschung the safety valve. 4
- Fig. 2 shows in axial section the safety valve. 4
- a valve spindle 45 is displaceable against the acting in the closing direction biasing pressure of a spring 46 in the opening direction.
- the valve spindle 45 has a pointing in the drawing to the right, around the spindle shaft running around annular end face region 45a, on which the static pressure of the hydraulic fluid in the hydraulic line 5 via the terminal 42 acts.
- a piston 47 acts on the right side in the drawing surface 47a of the control pressure from the control pressure line 7a via the terminal 44 acts.
- a check valve sleeve 48 which is biased in the closing direction (in the drawing to the left) by a spring 49.
- the check valve sleeve 48 When lifting the load, the check valve sleeve 48 is displaced by the hydraulic fluid against the bias of the spring 49 to the right, while the valve stem 45 remains in position.
- the check valve sleeve 48 In its closed position, the check valve sleeve 48, when the valve stem 45 is also in its closed position, cooperates with a conical surface region of the valve stem.
- the closed position of the check valve sleeve 48 is defined by a not visible in the drawing stop.
- the safety valve To lower the load, the safety valve must be opened by moving the valve stem 45 in the drawing to the left, while the check valve sleeve 48 remains in its closed position.
- the opening force required to open the check valve is generated partly by the control pressure acting on the piston 47 and partly by the static hydraulic fluid pressure acting on the annular surface 45a. Only when both pressures add up, which requires a sufficiently high static hydraulic fluid pressure, the safety valve can be opened. For this purpose, neither the static pressure of the hydraulic fluid alone nor the control pressure alone is sufficient. This is achieved by appropriate design of the spring 46 in relation to the pressures occurring during operation.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rohrbruchsicherung für hydraulisch betätigte Hebezeuge.
- Bei hydraulisch betätigten Hebezeugen, nämlich hydraulischen Kränen und ähnlichen Geräten, ist in der Hydraulikleitung zwischen dem Hauptschieber und dem Hubzylinder des Hebezeugs ein Sicherheitsventil eingebaut, durch welches die Hydraulikflüssigkeit beim Heben der Last zum Hubzylinder und beim Senken der Last aus dem Hubzylinder strömt.
- Dabei ist das Sicherheitsventil üblicherweise direkt am Hydraulikzylinder des Hebezeugs angebaut. Der Hauptschieber befindet sich davon entfernt nahe der Pumpe. Da nicht ausgeschlossen werden kann, dass ein Rohrbruch in der Hydraulikleitung zwischen dem Hauptschieber und dem Sicherheitsventil auftreten kann, müssen Maßnahmen getroffen werden, die verhindern, dass in einem solchen Fall beim Senken die Last abstürzen kann. Dazu dient das Sicherheitsventil. Seine Funktion soll sicherstellen, dass im Rohrbruchfall das dann unvermeidlich einsetzende Absinken der Last ausreichend gebremst erfolgt und die Last nicht abstürzt. Die Vorgabe lautet, dass die Zunahme der Lastsinkgeschwindigkeit im Rohrbruchfall maximal 100% der eingestellten Geschwindigkeit erreichen darf, die Last also im Rohrbruchfall höchstens doppelt so schnell absinken darf, wie dies beim normalen Senken der Last geschieht. Übliche Lastabsenkgeschwindigkeiten sind im Bereich zwischen 0 und 200 mm pro Sekunde einstellbar.
- Bei herkömmlichen Rohrbruchsicherungseinrichtungen ist die Anordnung so getroffen, dass beim Senken der Last das Sicherheitsventil erst nach dem Hauptschieber öffnet und damit die Feinfühligkeit der Steuerung der Lastgeschwindigkeit von den Gegebenheiten des Sicherheitsventils abhängt.
- Der von einem Steuerschieber erzeugte Steuerdruck, der den Hauptschieber beim Heben und Senken der Last steuert, wird beim Senken der Last auch an die Ventilspindel des Sicherheitsventils angelegt, um dieses entgegen einer sie in Schließrichtung vorspannenden Feder zu öffnen.
- Basierend auf der Annahme, dass die Feinfühligkeit des Sicherheitsventils gerade auch deshalb erforderlich ist, weil es im Rohrbruchfall den Hydraulikflüssigkeitsabfluß zuverlässig auf ein sicheres Maß drosseln muß, wird gegenwärtig bei Neukonstruktionen von vornherein die Feinfühligkeit der Steuerung in das Sicherheitsventil gelegt, während der Hauptschieber praktisch "schwarz/weiß" geschaltet wird, also an der Feinfühligkeit der Hydraulikflüssigkeitssteuerung keinen Anteil hat. Weil aber die Feinsteuerung des Hydraulikflüssigkeitsflusses im System beim Senken durch das Sicherheitsventil erfolgt, muß dessen Steuerungscharakteristik mindestens genauso gut sein wie diejenige am Steuerschieber. Dies bedeutet einen hohen technischen Aufwand am Sicherheitsventil. Dieser Aufwand macht sich auch kostenmäßig und damit preislich negativ bemerkbar.
- Aufgabe der Erfindung ist es, die Notwendigkeit des in das Sicherheitsventil gelegten erheblichen Aufwands zu eliminieren und den Rohrbruchsicherheitsaspekt in einfacherer Weise um so wirksamer zur Geltung zu bringen.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Schutzanspruch angegebene Anordnung gelöst.
- Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Verhältnisse so getroffen, dass der zum Senken der Last auf die Ventilspindel des Sicherheitsventils durch den Steuerdruck erzeugte Öffnungskraft allein nicht ausreicht, die Ventilspindel entgegen ihrer Federvorspannung in die Öffnungsstellung zu verschieben. Vielmehr ist zum Öffnen des Sicherheitsventils zum Senken der Last auch noch der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Hydraulikleitung zwischen dem Sicherheitsventil und dem Hauptschieber erforderlich, der über eine entsprechende Ringfläche an der Ventilspindel des Sicherheitsventils eine zusätzliche Öffnungskraft erzeugt. Nur bei Addition dieser beiden Öffnungskräfte kann das Sicherheitsventil zum Senken der Last geöffnet werden. Der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Hydraulikleitung allein reicht dazu ebenso wenig aus wie der vom Steuerschieber kommende Steuerdruck.
- Damit sind die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber der herkömmlichen Praxis umgekehrt. Während bei der herkömmlichen Anordnung beim Senken der Last zuerst der Hauptschieber öffnet und dann das Sicherheitsventil, kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Reihenfolge umgekehrt werden, d.h. zuerst öffnet das Sicherheitsventil, und dann erfolgt die Steuerung des Absenkens und der Absenkgeschwindigkeit der Last über den Steuerschieber. Eine besondere Feinfühligkeit des Sicherheitsventils ist in diesem Fall nicht notwendig, so dass hier konstruktiver Aufwand eingespart und Kosten gesenkt werden können.
- Trotz der Vereinfachung des Sicherheitsventils aber bei der erfindungsgemäßen Anordnung noch ein wesentlich höherer Sicherheitsstandard erreicht. Denn bei der erfindungsgemäßen Rohrbruchsicherungseinrichtung wird, falls tatsächlich ein Rohrbruch auftreten sollte, das Sicherheitsventil nicht, wie bei herkömmlichen Anordnungen in einer fixen Position gehalten, sondern wegen des Abfalls der auf die Ventilspindel des Sicherheitsventils wirkenden Öffnungskraft schließt dieses und bremst daher das Absinken der Last ganz erheblich.
- Denn ein Rohrbruch in der Hydraulikleitung zwischen dem Hauptschieber und dem Sicherheitsventil beim Senken der Last bewirkt einen erheblichen und im Normalfall einen vollständigen Abfall des statischen Drucks, so dass der vom statischen Druck der Hydraulikflüssigkeit auf die Ventilspindel des Sicherheitsventils ausgeübte Öffnungskraftkomponente wegfällt und nur noch die vom Steuerdruck erzeugte Öffnungskraftkomponente anliegt, die aber nicht ausreicht, das Sicherheitsventil entgegen der Federvorspannung in Schließrichtung auf die Ventilspindel zu öffnen. Dies bedeutet, dass im Rohrbruchfall das Sicherheitsventil mindestens weitgehend, wenn nicht gar vollständig schließt.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1
- ein schematisches Strömungsschaltbild, und
- Fig. 2
- einen Axialschnitt durch das Sicherheitsventil.
-
Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines hydraulischen Hebezeugs mit einem Hauptschieber 1, einem Hubzylinder 2, der auf eine Last 3 wirkt, und einem Sicherheitsventil 4, das unmittelbar an den Hubzylinder 2 angebaut ist. - Zwischen dem Hauptschieber 1 und dem Sicherheitsventil 4 verläuft eine Hydraulikmittelleitung, durch welche Hydraulikflüssigkeit zum und vom Hubzylinder 2 strömen kann. Die Hydraulikmittelpumpe und die Hydraulikleitung von der Pumpe zum Hauptschieber 1 sind nicht dargestellt.
- In der Hydraulikleitung 5 zwischen dem Hauptschieber 1 und dem Sicherheitsventil 4 ist nur beispielhaft und schematisch eine Stelle 6 markiert, an der ein Rohrbruch auftreten könnte.
- Der Hauptschieber 1 ist als Proportionalventil ausgebildet, das über einen Steuerschieber 7 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist, der das Verschieben des Hauptschiebers in die jeweils gewünschte Öffnungsstellung zum Heben oder Senken der Last bewirkt. Die beiden schematischen Pfeile 1a und 1b an beiden Seiten des Hauptschiebers 1 bezeichnen die Steuerdruckwirkungsrichtungen beim Heben bzw. Senken der Last. Zu beachten ist, dass aus Gründen der Klarheit in
Fig. 1 die Steuerdruckleitung vom Steuerschieber 7 zum Hauptschieber 1 nicht dargestellt ist, es sind nur die Steuerdruckleitungen 7a und 7b vom Steuerschieber zum Hauptschieber 1 und zum Sicherheitsventil 4 zum Senken der Last eingezeichnet. Nur beim Senken der Last erfolgt eine Steuerdruckbeaufschlagung des Sicherheitsventils 4. -
Fig. 2 zeigt im Axialschnitt das Sicherheitsventil 4. - Im Gehäuse 41 sind Anschlüsse 42 für die Hydraulikleitung 5, 43 für die Verbindung zum Hubzylinder 2, und 44 für den Anschluß der Steuerdruckleitung 7b gebildet. Im Gehäuse ist eine Ventilspindel 45 gegen den in Schließrichtung wirkenden Vorspanndruck einer Feder 46 in Öffnungsrichtung verschiebbar. Die Ventilspindel 45 weist einen in der Zeichnung nach rechts weisenden, um den Spindelschaft herumverlaufenden ringförmigen Stirnflächenbereich 45a auf, auf welchen der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Hydraulikleitung 5 über den Anschluß 42 wirkt.
- Auf das vordere Stirnende der Spindel 45 wirkt ein Kolben 47, auf dessen in der Zeichnung rechte Stirnfläche 47a der Steuerdruck aus der Steuerdruckleitung 7a über den Anschluß 44 wirkt.
- Weiter ist im Gehäuse 41 um den Schaft der Ventilspindel 45 herum eine Rückschlagventilhülse 48 angeordnet, die in Schließrichtung (in der Zeichnung nach links) mittels einer Feder 49 vorgespannt ist. Beim Heben der Last wird die Rückschlagventilhülse 48 durch die Hydraulikflüssigkeit entgegen der Vorspannung der Feder 49 nach rechts verschoben, während die Ventilspindel 45 in ihrer Position bleibt. In ihrer Schließstellung wirkt die Rückschlagventilhülse 48, wenn die Ventilspindel 45 sich ebenfalls in ihrer Schließposition befindet, mit einem Konusflächenbereich der Ventilspindel zusammen. Die Schließstellung der Rückschlagventilhülse 48 ist durch einen in der Zeichnung nicht erkennbaren Anschlag festgelegt.
- Zum Senken der Last muß das Sicherheitsventil durch Bewegen der Ventilspindel 45 in der Zeichnung nach links geöffnet werden, während die Rückschlagventilhülse 48 in ihrer Schließposition verbleibt. Die zum Öffnen des Rückschlagventils notwendige Öffnungskraft wird zum einen Teil durch den auf den Kolben 47 wirkenden Steuerdruck, und zum anderen Teil durch den auf die Ringfläche 45a wirkenden statischen Hydraulikflüssigkeitsdruck erzeugt. Nur wenn beide Drücke sich addieren, was einen ausreichend hohen statischen Hydraulikflüssigkeitsdruck erfordert, kann das Sicherheitsventil geöffnet werden. Dazu reicht weder der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit allein noch der Steuerdruck allein aus. Dies wird durch entsprechende Bemessung der Feder 46 in Relation zu den im Betrieb auftretenden Drücken erreicht.
- Im Falle eines Rohrbruchs in der Hydraulikleitung 5 fällt der statische Druck in der Hydraulikleitung 5 in sich zusammen, so dass die Öffnungsdruckkomponente an der Ringfläche 45a wegfällt und nur noch der Steuerdruck über den Kolben 47 auf die Sicherheitsventilspindel 45 wirkt. Dieser ist aber kleiner als der Vorspanndruck der Feder 46, so dass das Sicherheitsventil schließt.
Claims (1)
- Rohrbruchsicherung für hydraulisch betätigte Hebezeuge, das am oder nahe dem Hubzylinder (2) des Hebezeugs anzuordnen und in die Hydraulikleitung (5) zwischen einem Hauptschieber (1) und dem Hubzylinder (2) eingebaut ist, mit einer Ventilspindel (45), die durch eine Feder (46) in Schließrichtung vorgespannt ist, und auf welche beim Senken der Last über einen Steuerdruck eine Öffnungskraft ausübbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilspindel (45) ein Flächenbereich (45a) vorgesehen ist, über welche der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Hydraulikleitung (5) eine Öffnungskraftkomponente auf die Ventilspindel ausübt, wobei die die Ventilspindel (45) in Schließrichtung vorspannende Feder (45) so bemessen ist, dass die über den Steuerdruck auf die Ventilspindel wirkende Öffnungskraftkomponente zum Öffnen des Sicherheitsventils ohne eine durch den statischen Druck der Hydraulikflüssigkeit erzeugte Öffnungskraftkomponente zum Bewegen der Ventilspindel in Öffnungsrichtung nicht ausreicht.
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