DE2356380C2 - Steuervorrichtung für motorhydraulische Greifer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für motorhydraulische Greifer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Bei den bekannten Ausführungen der Greifersteuerungen wird bei Erreichen des maximalen Arbeitsdrukkes, also dann, wenn der Kolben eines Arbeitszylinders in seiner Endstellung anlangt, die von der Pumpe in die entsprechende Hauptdruckmittelleitung beförderte Druckmittelmenge über das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil in den Tank abgesieuert Wegen des hohen Druckverlustes am Druckbegrenzungsventil ist eine rasche ölerwärmung die unmittelbare Folge und wegen der starken Beanspruchung ist auch auf lange Sicht mit Pumpenschäden zu rechnen. Bei motorhydraulischen Greifern wird der maximale Arbeitsdruck sehr häufig erreicht und die dabei auftretende Erwärmung ist so stark, daß für eine intensive Kühlung der Hydraulikaggregate gesorgt werden muß.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung der eingangs^enannten Art zu schaffen, bei der die Erwärmung der Hydraulikaggregate so weit begrenzt wird, daß keine zusätzlichen Maßnahmen zur Kühlung getroffen werden müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Steuervorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst Durch diese einfache und elegante Maßnahme wird bei Erreichen des maximalen Arbeitsdrucks in einer Hauptdruckmittelleitung das diese Hauptdruckmittelleitung absichernde, vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil vom Vorsteuerdruck entlastet, so daß die gesamte in diese Hauptdruckmittelleitung beförderte Druckmittelmenge nahezu drucklos über das Druckbegrenzungsventil in den Tank abfließen kann. Folglich kann beim Druckmittel keine nennenswerte Erwärmung mehr auftreten und die Pumpe wird geschont.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung liegt in der Vorsteuerleitung zwischen dem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil und dem Schaltventil ein Steuerventil mit federbelastetem Kolben, der nur in der Endstellung mit entlasteter Feder die Vorsteuerleitung freigibt, wobei sich vor der Stirnseite des Kolbens eine Kammer befindet, von der aus zum einen eine Leitung mit Drossel über das Schaltventil zum Tank führt, die durch das Ansprechen des Schaltventils freigegeben wird, und von der aus zum anderen eine weitere Leitung, die vor Ansprechen des Schaltventils freigegeben ist, über das Schaltventil zur Hauptdruckmittelleitung führt. Die Kammer des zusätzlichen Steuerventils wird im Normalbetrieb, solange der maximale Arbeitsdruck nicht erreicht wird, von der Hauptdruckmittelleitung aus mit Druckmittel beaufschlagt. Beim Ansprechen des Schaitventiis wird die Vorsteuerleitung des Druckbegrenzungsventils nicht sogleich mit dem Tank verbunden, da der Kolben des zusätzlichen Steuerventils diese Leitung absperrt. Da aber mit dem Ansprechen des Schaltventils die Kammer vor dem Kolben des Steuerventils mit dem Tank verbunden wird, schiebt dieser nun unter Wirkung seiner Druckfeder das

Druckmittelvolumen aus. Dies geschieht jedoch verhältnismäßig langsam, da das Druckmittel über eine Drossel ausgeschobeti wird. Erst wenn der Kolben seine Endstellung erreicht hat, wird das Druckbegrenzungsventil vom Vorsteuerdruck entlastet, und das von der Pumpe in die Hauptdruckmittelleitung beförderte Druckmittel kann in den Tank zurückfließen.

Bei dieser Anordnung wird mithin die Entlastung des Druckbegrenzungsventils verzögert, so daß nicht schon jede kurze Druckspitze das Druckbegrenzungsventil ι ο entlastet Zweclcmäßigerweise ist die Drossel einstellbar, so daß die Verzögerungszeit den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.

Bei beiden beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird mit Vorteil is ein Schaltventil verwendet, das zwei in einem Ringraum stirnseitig aneinander grenzende längsverschiebliche Kolben aufweist, wobei in das Ventilgehäuse gegenüber der nach außen weisenden Stirnseite des ersten Kolbens eine von der Hauptdruckmittelleitung kommende Leitung einmündet und eine von dieser Stirnseite ausgehende Bohrung in der Nähe der anderen Stirnseite in die Mantelfläche des Kolbens mündet, v/äh rend der zweite Kolben einen größeren Durchmesser als der erste Kolben aufweist gegen diesen federbelastet ist und als Absperrorgan für die in das Ventilgehäuse mündende Vorsteuerleitung des zugehörigen Druckbegrenzungsventils dient wobei die Austrittsöffnung der Bohrung im ersten Kolben so angeordnet ist daß die Austrittsöffnung durch das Ventilgehäuse abgesperrt ist, so wenn der Kolben sich in der Endstellung befindet, die er bei druckloser Hauptdruckmittelleitung einnimmt während bei einer Verschiebebewegung der Kolben unter der Wirkung steigenden Drucks in der Hauptdruckmittelleitung die Austrittsöffnung im ersten Kolben den genannten Ringraum erreicht bevor der zweite Kolben die Vorsteuerleitung freigibt Bei einem solchen Schaltventil liegt der Schwellenwert bei dem die Vorsteuerleitung freigegeben wird, höher als jener Schwellenwert bei dem das Ventil in seine Ausgangslage zurückkehrt und die Vorsteuerleitung absperrt. Während nämlich beim öffnen der Vorsteuerleitung zum Verschieben des ersten Kolbens, der den geringeren Querschnitt aufweist in der Hauptdruckmittelleitung ein Druck herrschen muß, der gleich dem Quotient aus der entgegenstehenden Federkraft und dem Querschnitt des ersten Kolben; ist, genügt zum Offenhalten der Vorsteuerleitung ein Druck, der gleich dem Quotienten aus der Federkraft und dem Querschnitt des zweiten, größeren Kolbens ist. Dies liegt daran, daß im Verlauf 3er Öffnungsbewegung des Schaltventils zunächst nur der erste Kolben durch den Druck in de- Hauptdruckmittelleitung beaufschlagt ist, im Verlauf der Verschiebebewegung jedoch die Bohrung im ersten Kolben eine Verbindung zwischen der Hauptdruckmittelleitung und dem Ringraum herstellt in welchem die beiden Kolben stirnseitig einander berühren, so daß von da an zur Überwindung der Federkraft wegen der vergrößerten Druckangriffsfläche nur noch ein kleinerer Druck aufzubringen ist. Wegen der unterschiedlichen Schwellwerte für das Ein- und Ausschalten des Schaltventils befindet sich dieses immer in eindeutig definierten Schaltstellungen. Indifferente Schaltzustände können nicht auftreten.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht nur bei motorhydraulischen Greifern Anwendung finden kann. Sie kann vielmehr überall dort mit Erfolg eingesetzt werden, wo hydraulische Geräte häufig in Endstellungen gefahren oder umgeschaltet werden und dadurch die Gefahr einer zu starken Erwärmung gegeben ist. ATs weiteres Anwendungsbeispiel seien hier etwa die Portalhubwerke genannt

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Greifersteuerung ohne Schaltverzögerung und

Fig.2 in schematischer Darstellung eine Greifersteuerung mit Schaltverzögerung im Detail.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Steuervorrichtung befördert eine umsteuerbare Pumpe 1 Ober die Dreiwegerückschlagventile 2 und 3, die Hauptdruckmittelleitungen 4 und 5 sowie über die Verbindungsleitungen 9 und 10 Druckmittel entweder in die Kolbenbodenseiten 13 und 14 oder in die Kolbenstangenseiten 11 und 12 von zwei parallel betriebenen Arbeitszylindern 15 und 16. Beim Einfahren der Kolbenstangen wird das Druckmittel über die Hauptdruckmittelleitung 4, das Rückschlagventil 17 sowie das Dros^Irückschlagventil 8 auf die Kolbenstangenseiten /1 und 12 der Arbeitszylinder befördert Gleichzeitig wird aus den Kolbenbodenseiten 13 und 14 über die Leitung 5 Druckmittel ausgeschoben. Dieses Druckmitte! wird über das Dreiwegerückschlagventil 3 unmittelbar der Pumpe wieder zugeführt Da die ausgeschobene Druckmittelmenge jedoch größer ist als die auf die Kolbenstangenseite beförderte Druckmittelmenge, wird der Überschuß in den Tank abgesteuert. Dazu ist in der Hauptdruckmittelleitung 5 ein vorgesteuertes Rückschlagventil 21 vorgesehen, welches durch den sich in der Hauptdruckmittelleitung 4 aufbauenden Druck über die Vorsteuerleitung 22 aufgesteuert wird. Der Steuerkolben des Rückschlagventils gibt dann sowohl die Hauptdruckmittelleitung 5 als auch die Leitung 34 frei, welche die Vorsteuerleitung 25 des Druckbegrenzungsventils 7 mit dem Tank 33 verbindet. Somit wird das Druckbegrenzungsventil 7 entlastet und die überschüssige Druckmittelmenge kann über dieses Druckbegrenzungsventil nahezu drucklos über das Filter 32 in den Tank 33 abfließen.

Beim Ausfahren der Kolbenstange wird Druckmittel über die Leitung 5 auf die Kolbenbodenseiten 13 und 14 der Arbeitszylinder gefördert und gleichzeitig die in den Kolbenstangenräumen 11 und 12 befindliche Druckmittelmenge ausgeschoben. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage wird die ausgeschobene Druckmittelmenge unmittelbar der Leitung 5 wieder zugeführt, während die Pumpe 1 nur noch den zusätzlich erforderlichen Druckmittelanteil aus dem Tank 33 nachsaugt und in die Leitung 5 fördert Es ist dazu zwischen den Hauptdruckmittelleitungen 4 und 5 eine Verbindungsleitung 18 gezogen, in der ein vorgesteuertei Rückschlagventil 19 liegt, welches über die Vorsteuerleitung 20 beim Beaufschlagen de* Kolbetibodenseite durch den sich in der Leitung 5 aufbauenden Druck aufgesteuert wird und damit den Rückfluß des Druckmittels von der Leitung 4 in die Leitung 5 ermöglicht.

Die beiden Hauptdruckmittelleitungen 4 und 5 sind weiterhin über Leitungen 27 und 28 mit vorgestfiuerten Druckbegrenzungsventilen 6 und 7 verbunden, deren gemeinsame Abflußleitung 31 über ein Filter 32 in den Tank 33 führt Die vorgesteuerten Rückschlagventile 19 und 21 sind jewei.s durch Leitungen 23 und 24 hydraulisch verriegelt, d. h_M daß eine Stirnseite der Betätigungskolben mit Druck aus der einen Haupt-

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druckmittelleitung und die andere Stirnseite mit Druck aus der anderen Hauptdruckmittelleitung beaufschlagt ist, so daß ein Rückdrehen der Druckmittelpumpe, wenn einer der Kolben in seine Endstellung führt, nicht zu einem Aufstoßen des Rückschlagventils führen kann, welches den Druck im Arbeitszylinder aufrechterhalten muß.

Von den Abschnitten der Hauptdruckmittelleitungen 4,5 zwischen den Rückschlagventilen 17 und 21 und den Arbeitszylindern 15 und 16 führen Leitungen 45 und 46 zu je einem Schaltventil 35 und 36. Diese Schaltventile weisen hintereinander zwei Steuerkolben 37 und 39 bzw. 38 und 40 auf. Dabei verschieben die Steuerkolben 37 und 38 unter der Wirkung des in den Hauptdruckmittelleitungen 4 und 5 herrschenden Drucks die Steuerkolben 39 und 40 gegen den Druck der Federn 41 und 42, bis die Querbohrungen 49 und 50 in den Steuerkolben 39 und 40 über den Ringräumen 47 und 48 angelangen und dadurch über die Federräume der Schaltventile und die Leitungen 43 und 44 cir.c Verbindung zwischen den ro Ringräumen und dem Tank 33 herstellen. In die Ringräume 47 und 48 münden die Vorsteuerleitungen 25 und 26 der beiden vorgesteuerten Druckbegrenzungsventile 6 und 7. Wenn also der Druck in einsr der Hauptdruckmittelleitungen 4 oder 5 so weit ansteigt, daß das Schaltventil 35 oder 36 anspricht, dann wird die Vorsteuerleitung des entsprechenden Druckbegrenzungsventils mit dem Tank verbunden, mithin das Druckbegrenzungsventil vom Vorsteuerdruck entlastet und die unter dem hohen Druck stehende Druckmittelpumpe kann nahezu drucklos in den Tank abfließen, bis der im Schaltventil anstehende Druck wieder unter den unteren Schwellwert abgesunken ist. Der untere Schwellwert liegt tiefer als jener Schwellwert, bei dem das Schaltventil die Vorsteuerleitung freigibt, weil die Kolben 37 und 38 eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als die Kolben 39 bzw. 40 und mit Bohrungen

51 und 52 bzw. 71 und 72 versehen sind, die nach einem gewissen Verschiebeweg gegen die Kraft der Federn 41 bzw. 42 in den Ringraum 59 bzw. 69 einmünden und eine Verbindung herstellen zwischen den Hauptdruckmittelleitungen und den federbelasteten Kolben 39 und 40. Während also zum Ansprechen der Schaltventile zur Überwindung der Federkraft ein Druck aufzuwenden ist der dem Quotienten aus der Federkraft und der Querschnittsfläche des Kolbens 37 bzw. 38 entspricht, genügt dem Offenhalten der Schaltventile ein geringerer Druck, da die Hydraulikflüssigkeit dann ihren Druck auf die größere Räche des Kolbens 39 bzw. 40 ausüben kann.

In Fig.2 ist ausschnittsweise nur ein Teil einer Steuervorrichtung für motorhydraulische Greifer dargestellt die in vielen Merkmalen mit der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung übereinstimmt Entsprechende Bauteile sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen worden, so daß auf eine nochmalige Beschreibung der bereits in F i g. 1 beschriebenen Bauteile verzichtet werden kann.

Bei der in Fig.2 dargestellten Steuervorrichtung wird nach dem Ansprechen des Schaltventils 35 das vorgesteuerte Druckbegrenzungsventil 6 erst verzögert vom Vorsteuerdruck, der in der Vorsteuerleitung 26 ansteht entlastet Dies geschieht auf die folgende Weise: Solange in den Leitungen 4 und 45 der voreingestellte Maximaldruck noch nicht erreicht ist wird über die axiale Bohrung 51 und die Querbohrung

52 des Steuerkolbens, und weiter über den Ringraum 53 und die Leitung 54 die Kammer 55 des Steuerventils 56 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß der Kolben 57 gegen die Kraft der Druckfeder 58 in seine Endstellung gedrückt wird. In dieser Kolbenstellung ist die Vorsteuerleitung 26 des Druckbegrenzungsventils 6 gesperrt.

Mit dem Erreichen des voreingestellten Maximaldrucks in den Leitungen 4 und 45 wird der Steuerkolben 37 gegen die Kraft der Feder 41 verschoben. Dabei verschließt die Querbohrung 52 zunächst die Druckzufuhr zur Leitung 54. In der Leitung 54 herrscht in diesem Moment der Druck, der von der Querschnittsfläche des Kolbens 57 und der Kraft der Druckfeder 58 bestimmt wird. Bei weiterer Verschiebung des Steuerkolbens 37 wird über die Querbohrung 52 eine Verbindung zwischen der Leitung 45 und dem Ringraum 59 hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kolben 39 bereits soweit verschoben, daß die Leckölverbindung über die Querbohrung 60 bereits abgesperrt ist Der Druck in der Leitung 45 wirkt somit auf die große Q'jsrschriittsf'.äche d?s Kolbens 39_; d<r nun rasch gesen die Kraft der Feder 41 bis an seinen Endanschlag verschoben wird. In dieser Endstellung der Kolben 39 und 37 besteht für das in der Leitung 45 anstehende Druckmittel keine Abflußmöglichkeit, so daß der Druck im Arbeitszylinder 15 erhalten bleibt. In der Endlage des Kolbens 39 ist ferner über die Leitung 43, den Federrsium 62, die Querbohrung 61, den Ringraum 47 und die Leitung 63 mit der Drossel 64 eine Verbindung zwischen der Kammer 55 und dem Tank 33 hergestellt Der Kolben 57 des Steuerventils 56 schiebt nun mit der Unterstützung durch die Feder 58 das Druckmittelvolumen aus der Kammer 55 in den Tank. Ist der Kolben 57 dabei im seiner Endstellung rageiangt, so besteht zwischen den Ringräumen 65 und 66 über die Taille 67 im Kolben 57 eine Verbindung, d. h, daß der Federraum 68 nunmehr sehr rasch vom Vorsteuerdruck entlastet wird, so daß die von der Pumpe 1 in die Leitung 4 geförderte Druckmittelmenge nahezu drucklos über die Leitungen 27 und 31 in den Tank 33 abfließen kann.

Die Zeit, um welche die Entlastung des Druckbegrenzungsventils verzögert wird, wird durch den Querschnitt der Drossel 64,das Volumen der Kammer 55 sowie vom Querschnitt des Kolbens 57 und der Kraft der Feder 58 bestimmt Eine Einstellung der Verzögerungszeit nimmt man aim zweckmäßigsten durch Veränderung des Drosselquerschnitts vor. Die Verzögerung der Entlastung di;s Druckbegrenzungsventils hat den Vorteil, daß nicht bereits jede kurze Druckspitze zu einem Umsteuern des Förderstroms führt, sondern daß diese

so Umschaltung auf drucklosen Umlauf des Druckmittels nur dann geschieht wenn der Maximaldruck so lange anhält daß eine zu starke Erwärmung des Druck, ittels zu erwarten ist
Eine Verschiebung des Kolbens 39 in Richtung »schliefen« erfolgt erst dann, wenn der Druck in den Leitungen 4 und 45 auf einen Wert gesunken ist, der der Querschnittsfläche des Kolbens 39 und der Kraft der Feder 41 entspricht Dieser Druck liegt zweckmäßigerweise unter dem Ansprechdruck des Schaltventils, damit keine indifferenten Betriebszustände auftreten. Schon mit der Unterbrechung der Verbindung der Querbohrungen 61 zum Ringraum 47 ist das Druckbegrenzungsventil 6 wieder funktionsfähig. Mit der Verbindung der Querbohrungen 60 zum Ringraum 59 erfolgt eine rasche Bewegung bis zum rechten Endanschlag beider Kolben 39 und 37, da nur noch die kleinere Querschnittsfläche des Kolbens 37 mit der Kraft der Feder 4i dem augenblicklichen Druck in der Leitung 45 gegenüber-

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steht. Mit der Wahl der beiden Querschnittsflächen der Kammer 55 übertragen, der augenblicklich in den

Kolben 37 und 39 werden also sowohl die Drücke zum Leitungen 4 und 45 herrscht. Der Kolben 57 des

Abschalten als auch die Drücke zum Wiedereinschalten Steuerventils 56 wird dadurch wieder gegen die Kraft

des freien Umlaufes des Druckmittels bestimmt. Mit der der Feder 58 bis an seinen Endanschlag verschoben und

erneuten Verbindung der Querbohrungen 52 mit dem -, sperrt die Vorsteuerleitung 26 des votgesteuerten

Ringraum 53 wird der Druck in die Leitung 54 und die Druckbegrenzungsventil 6 erneut ab.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung für motorhydraulische Greifer, bei denen die Greiferschalen durch einen oder mehrere beidseitig beaufschlagbare Arbeitszylinder geöffnet und geschlossen werdan, wobei in den Hauptdruckmittelleitungen zwischen der Druckmittelpumpe und den Arbeitszylindern Sperrventile mit Durchlaßrichtung zu den Arbeitszylindern vorgesehen und die Hauptdruckmittelleitungen durch vorgesteuerte Druckbegrenzungsventile abgesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hauptdruckmittelleitung (4, 5) zwischen dem Arbeitszylinder (15,16) und dem Sperrventil (17,21) mit einem Schaltventil (35,36) versehen ist, welches nach Überschreiten eines vorgewählten Schwellenwerts des Drucks in der Hauptdruckmittelleitung eine Schaltstellung einnimmt, in der die Vorsteuerleitung (25, 26) des die gleiche Hauptdruckmittelleitung (4, 5) absichernden vorgesteuerten Druckbegrenzungs^entils (6, 7) mit dem Tank verbunden ist, während nach Unterschreiten eines vorgewählten Schwellenwertes des Drucks in der Hauptdruckmittelleitung (4, 5) das Schaltventil (35, 36) eine Schaltstellung einnimmt, in der die vom Druckbegrerizungsventii (6, 7) über das Schaltventil (35, 36) zum Tank (33) führende Vorsteuerleitung (25, 26) abgesperrt ist.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorsteuerleitung (26) zwischen dem vorgesteuerten Druckbegrenzungsventil (6) und dem Schaltventil (35) ein Steuerventil (56) mit federbelastetem Kolben (57) liegt, der nur in der Endstallung mit entlaueter Feder (58) die Vorsteuerleitung (26) ire/gibt, wobei sich vor der Stirnseite des Kolbens (57) eine Kammer (55) befindet, von der aus zum einen eine Leitung (63) mit Drossel (64) über das Schaltventil (35) zum Tank (33) führt, die durch das Ansprechen des Schaltventiis (35) freigegeben wird, und von der aus zum anderen eine weitere Leitung (54), die vor Ansprechen des Schaltventils (35) freigegeben ist, über das Schaltventil zur Hauptdruckmittelleitung (4) führt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (35, 36) in einem Ringraum (59,69) stirnseitig aneinander grenzende, längs verschiebliche Kolben (37 und 39, 38 und 40) aufweist, wobei in das Ventilgehäuse gegenüber der nach außen weisenden Stirnseite des ersten Kolbens (37,38) eine von der Hauptdruckmit- so telleitung (4, 5) kommende Leitung (45, 46) einmündet und eine von dieser Stirnseite ausgehende Bohrung (51 und 52, 71 und 72) in der Nähe der anderen Stirnfläche in die Mantelfläche des Kolbens (37,38) mündet, während der zweite Kolben (39,40) einen größeren Querschnitt als der erste Kolben (37, 38) aufweist, gegen diesen federbelastet ist und als Absperrorgan für die in das Ventilgehäuse mündende Vorsteuerleitung (25, 26) des zugehörigen Druckbegrenzungsventils (6, 7) dient, wobei die Austrittsöffnung der Bohrung (51 und 52, 71 und 72) im ersten Kolben (37, 38) so angeordnet ist, daß die Austrittsöffnung durch das Ventilgehäuse abgesperrt ist, wenn der Kolben (37, 38) sich in der Endstellung befindet, die er bei druckloser Hauptdruckmittelleitung (4, 5) einnimmt, während bei einer Verschiebebewegung der Kolben (37 und 39, 38 und 40) unter der Wirkung steigenden Drucks in der Hauptdruckmittelleitung (4, 5) die Austrittsöffnung im ersten Kolben (37, 38) den genannten Ringraum (59,69) erreicht, bevor der zweite Kolben (39,40) die Vorsteuerleitung (25,26) freigibt