DE2424973C3 - Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben unter Last mit in die lastseitige Druckleitung /wischen Arbeitszylinder und Betätigungsorgan eingefügtem, durch ein Regelorgan mechanisch zu öffnenden federbelasteten Sperrventil mit einem Bereich stetig zunehmenden Durchlaufquertchnitts an der vom Regelorgan überfahrbaren Regelitelle nach vorausgehender Schließung der Regelsielle und einem Bestandteil des Regelorgans bildenden, auf der vom Sperrventil abgekehrten Seite vom Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben.

Die Steuerung von Hydroantrieben bereitet dann Schwierigkeiten, wenn zum Steuerdruck eine nicht vom Antrieb selbst herrührende, sichUnter Umständen auch noch ändernde Lästkomponerile hinzutritt, Eine solche nicht vom HydröäMfieb selbst herführende Laslkönv ponente tritt beispielsweise beim Einfahren bzw. Absenken Von Hubwerken unter Last auf. Eine Veränderung dieser Lastkötnponcnte ergibt sich beispielsweise bei der Änderung 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 ^n der

ίο Anlage führen. Den Deim offenen Hydroantrieb auftretenden Schwierigkeiten entsprechende Schwierigkeiten treten auch bei geschlossenen Hydroantrieben auf.

Es ist vorgeschlagen worden, zur Behebung dieser Schwierigkeiten in die lastseitige Druckölleitung ein Sperrventil mit einem nachgeschaiteten Drosselrückschlagventil einzufügen. Diese Ventilkombination weist jedoch erhebliche Nachteile auf. So muß vom Drosselrückschlagventil abgestellt auf den jeweiligen

2ü Lastfall eine erhebliche Drosselwirkung ausgehen, damit ein hinreichender Staudruck entsteht. Beim Fahren uhne Last oder aber wenn ein schnelleres Absenken unter Last vorgesehen ist, muß gegen das Drosselventil mit vollem Förderdruck gefahren werden.

Nach einem anderen Vorschlag ist dem Sperrventil ein federbelastetes Kolbenbremsventil nachgeschaltet. Hierbei bereitet es Schwierigkeiten, die Ventile genau aufeinander abzustimmen. Außerdem baut sich zwischen Sperrventil und Bremsventil ein Staudruck auf,

in der in nachteiliger Weise das Schließen des Sperrventils beeinflußt.

Es ist des weiteren bekannt, dem in der lastseitigen Druckölleitung angeordneten Sperrventil einen Steuerkolben zuzuordnen, der das Sperrventil über einen

!■> zwischen Sperrventil und Steuerkolben angeordneten Zwischenkolben öffnet und als Drossel zur Regulierung der Druckmittel-Durchflußmenge bzw. der Fahrgeschwindigkeit des Arbeitskolbens im Hydrozylinder dient. Steuerkolben und Zwische.nkolben sind selbstän-

■u> dige Bauelemente (DE-PS 12 17 21*1 Mangels einer Verbindung /wischen Steuerkolben und Zwischenkol ben kann es hierbei zu einer gegenläufigen Verlagerung von Steuerkolben und Zwischenkolben dergestalt kommen, daß der Steuerkolben außer Eingriff der

■r· Drosselstelle gelangt und der Zwischenkolben, gegebenenfalls pendelnd, in Eingriff mit dem Sperrventil bleibt. Woraus ein unkontrollierbares Absenken — pulsierendes oder schlagartiges Absenken — des Arbeitskolbens im Hydrozylinder resultiert. Als nachteilig erweist es

so sich hierbei des weiteren, daß die Drosselstelle ausgehend vom Sperrventil nur über eine llmgehungs leitung zugänglich ist. woraus eine der Schließrichtung de^c Sperrventils enigegengeset/te Strömungsrichtung des Drucköls resultiert, was im Ergebnis dazu führen

r> kann, daß bei unvorhergesehenem, plötzlichem Abfall des Steuerdrucks, etwa bei Leckwerden der Förderlei tung oder beim Ausfall des Antriebs, ein Schließen des Sperrventils unterbleibt. Außerdem ist die Regelung lastdruckabhängig.

mi Vorbekannt ist auch schon, in die lüslseilige Druckölleitung cm durch einen Steuerkolben mecha nisch zu öffnendes Sperrventil mit einem Bereich stetig zunehmenden Durchlaiifquefschnitts aft der von einem Regelöfgari übcrfahrbarcn Regelslclle einzufügen, wo-

bei das Sperrventil ein mit einem Vorsteuerventil kombiniertes Rückschlagventil ist (DE-OS 20 2(857). Hierbei wird das Vörsteucrvefitil gcgßtt den Lasldruck durch den Vom Steuerdrück beaufschlagten Steuerkol*

ben aufgesteuert, und das eingespannte Drucköl fließt über das Vorsteuerventil ab, wobei durch eine Drossel mit geringerem Durchflußquerschnitt als dem des Ventils sichergestellt wird, daß der Lastdruck sich aus dem System heraus nicht wieder aufbaut. Nach Abbau des Lastdrucks steuert der Steuerkolben das eigentliche Sperrventil auf und das System kann einfahren. Da auf das Regelorgan im aufgesieuerten Zustand in achsialer Richtung kein Lastdruck mehr einwirkt, unterliegt ei dem beim Abströmen des lastseitig anstehenden in Druckmittels über die Regelstelle entstehenden Kräften, die die Regelbarkeit beeinflussen oder sogar aufheben können. Der Versuch, dem durch eine starke, auf das Regelorgan einwirkende Rückstellfeder zu begegnen, macht zusätzlich eine durch ein Rückschlag- r> ventil abgesicherte Umgehung erforderlich. Außerdem bleibt das System in der Vorsteuerungsperiode lastdruckabhängig, da sich ändernder Lastdruck die Durchflußmenge des Druckmittels an der Drosselstelle beeinflußt. Einen entsprechenden Einfluß nehmen auch >o die Viskosität des Druckmittels beeinflussende Temperaturänderungen.

Gemeinsam ist den im vorausgehenden beschriebenen Konstruktionen die radiale Ableitung des Lastdrucks und dementsprechend auch eine anhaltende r. Lastdruckbeaufschlagung des Regelorgans am Umfang, was zum Klemmen des Regelorgans führen kann.

Vorgeschlagen worden ist auch schon bei solchen Einrichtungen zum Steuern von Hydroantrieben unter Last mit in die lastseitige Druckmittelleitung zwischen «> Arbeitszylinder und Betätigungsventil eingefügtem Sperrventil, dem Sperrventil e;n Drosselventil zuzuordnen, dessen Ventilkörper auf einer Kolbenstange angeordnet ist, deren dem Sperrventil /(!gekehrtes Ende mit dem Ventilkörper des Sperrventils im Sinne r. 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 w Lastdruck und andererseits vom Steuerdruck beaufschlagbaren, die Kolbenstange mitnehmenden Steuerkolben trägt (DE-OS 22 09 506). Hierbei ist bereits die Vorstellung, den Lastdruck nur in achsialer Richtung auf das Regelorgan wirksam werden zu lassen, aufgegriffen J · worden, allerdings bleibt die Regelung lastdruckabhängig. Diese Lösung führt beim Einfahren bzw. Absenken von Hubwerken unter Last unter im wesentlichen konstanten Bedingungen zu einem selbsttätigen Einpendeln auf eine mittler'; Durchflußmenge an der ίο Drosselstelle und damit zu einer mittleren Sinkgeschwindigkeit der Kolbenstange des Arbeiis/ylinders. erweist sich aber bei instabilen Systemen, insbesondere bei ständig wechselnden Belastungen, noch nicht als befriedigend, da es auch hierbei insbesondere in Verbindung mit hohem Lastdruck noch zu unerwünschten Driuksi.hwankungen im System kommen kann, die das gefurchiete Aufschaukeln des Systems auslösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben «ι unier Last so auszugestalten, daß die Regelung absolut unabhängig vom Lasldruck wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sperrventil ein an sich bekanntes, mit einem Vorsteuerventil kombiniertes Rückschlagventil ist und das durch eine Feder rückstcllbare Regelorgan auf der Vom Sperrventil abgekehrten Seite sowohl eine vom Steuerdruck beaufschiagbdre Steuerfläche als auch eine bei öffnung des Vorsteuerventils vom am Sperrventil anstehenden Lastdruck bei geschlossener Regelstelle über einen Durchgang für das lastseitig anstehende Druckmittel beaufschlagbare Druckausgleichsfläche aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung 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 dadurch, daß man die vom Sperrventil abgekehrte Stirnseite des Regelorgans für den Lastdruck zugänglich macht, allein noch vom Steuerdruck die öffnung des Sperrventils bewirkt und der Durchflußquerschnitt an der Regelstelle bestimmt Die Regelung bleibt damit unbeeinflußt von Iastseitigen, etwa auf ein Schwingen des mit dem Hydroantrieb ausgerüsteten Hubwerks, zurückzuführenden Druckschwankungen. Allein der variierbare Steuerdruck bestimmt den Durchflußquerschnit¹ und damit die Sinkgeschwindigkeit der Kolbenstange des zugeordneten Arbeitszylinder. Der an beiden Seiten des Schließ- und Regelorgans gleichwohl anstehende Lastdruck trägt dabei zur Stabilisierung des Systems bei. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der weitere Vorteil »erbunden. daß die hier vorhandenen Dichtstellen leichter leckfrei auszuführen sind als das bei den vorbekannten Konstruktionen der Fall ist.

Einer bevorzugten Ausführungsform gemäß ist dem Ventilkörper des Vorsteuerventils ein in Schließstellung des Ventilkörpers in den Schließbereich der Regelstelle hineinragender Stößel mit Nuten stelig zunehmenden Durchflußquerschnitts zugeordnet, gegen den das Regelorgan aufläuft, wobei der Durchgang als Längsbohrung im Regelorgan ausgebildet ist.

Steuerfläche und Druckausgleichsfläche lassen sich durch einen mit einer Ringschulter versehenen Kolben realisieren. Das zy lindrische. einen Steuerkolben tragende Regelorgan kann sich dabei durch einen Dämpfungsraum erstrecken, an den auf der vom Sperrventil abgekehrten Seite des Steuerkolbens die Steuerleitung angeschlossen ist.

Im Prinzip sind die Steuerfläche und die Druckausgleichsfläche des Regelorgans austauschbar. Bsi kleineren Einheiten kann es sich sogar empfehler:, die Steuerfläche an die von der vom Sperrventil abgekehrte Stirnseite des Regelorgans zu verlegen.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht es in vorteilhafter Weise, das Sperrventil und das kombinierte Steuer- und Regelorgan in einer sogenannten Patrone unterzubringen.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.

Dei Hydroantrieb besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 11, etwa für einen Kranausleger. Druckbehälter 21 und Pumpe 2Γ, dem Betätigungsventil 31, dem Sperrventil 41 und dem kombinierten Steuer- und Regelorgan 61.

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 ZyündBrräume 111 Und 112 mit Drucköl beaufschlagt wird, bestimmt sich durch das Betätigungsventil 31, durch das das aus dem Behälter 21 gepumptr (2Γ) Drucköl beim Ausfahren der Kolbenstange 114 durch das Leitungssystem 71, 71' in den Zyiinderraum 111 des Arbeitszylinder 11 gelangt. Mit dem Ausfahren der Kolbenstange 114 Hiirnh

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 Betätigüngsveritils 31, jedoch erst nach Öffnung des Sperrventils 41 gegen den dahinter anstehenden Lastdruck L

In das Leitungssystem 71,71' 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', ausschließt. Für das Absenken des Arbeitskolbens 113 bedarf es zusätzlich zur Beaufschla-

Drucköl der Öffnung des Sperrventils 41 gegen den Lastdruck L, damit das Drucköl aus dem Zylinderraum (11 durch das Leitungssystem 71,71' in den Druckölbehälter 21 abfließen kann.

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 Querschnittes 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 8Γ erzeugbare Steuerdruck 5 wirksam wird, mit einer durch eine zentrale Bohrung 616 zugänglichen Druckausgleichsfläche 617 auf der vom Sperrventil 41 abgekehrten Seite. 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.

Die Wirkungsweise dieses Hydroantriebes ist folgende:

In Nullstellung des Betätigungsventils 31 steht über die Steuerleitung 81' kein Steuerdruck 5 an, das Steuer- und Regelorgan 61 befindet sich unter der Einwirkung der Rückstellfeder 614 in der Ausgangslage und das in die Druckölleitung 71, 71' 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·

In Ausfahrstellung des Betätigungsventils 31 hebt das durch die Leitung 71 gepumpte (2Γ) Drucköl den Ventilkörper 412 des Sperrventils 41 von seinem Sitz 411 ab, Woraus der dfosseffreie Durchfluß des DfUckÖls in die in den Zylinderraum Ml des Arbeitszylinder·; 11 mündende Leitung 71' resultiert, der zufn 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 Druckölbchälter21 führt,

Für das Einfahren der Kolbenstange 114 bzw. das Absenken des Kolbens 113 des Arbeitszylinders 11 ist

zusätzlich zur Einleitung von Drucköl in den Zylifidüfraum 112 des Arbeitszylinders 1Ϊ durch die Leitung Bl die Öffnung des Sperrventils 41 erforderlich. Das Öffnen des Sperrventils 41 wird durch den Steuerdruck S eingeleitet, der aus durch die Stcuerleitung 8Γ hinter die Ringschulter 613, die Bestandteil des Steuer- und Regelorgans 61 ist, strömendem Drucköl resultiert und den Kolben 611 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 614 in Richtung auf das Sperrventil 41 verlagert. Das uäuci äü5 uciTi uic Feuer Si4 äümci'iineilucll Raum 618 verdrängte öl fließt durch die Kiir/schlußleitung 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. Nach Oberfahren 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.

Ist der Kolben 611 auf den Bestandteil des Vorsteuerventils 415, 416 bildenden Stößel 418 aufgelaufen, hebt er den Ventilkörpei 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 5 bestimmt den DurchfluBquerschnitt und somit die Absinkgeschwindigkeit des Arbeitskolbens 113.

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. 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' ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Steuern von Hydroantrieben unter Last mit in die lastseitige Druckleitung zwischen Arbeitszylinder und Betätigungsorgan eingefügtem, durch ein Regelorgan mechanisch zu öffnenden federbelasteten Sperrventil mit einem Bereich stetig zunehmenden Durchlaufquerschnitts an der vom Regelorgan überfahrbaren Regelstelle nach vorausgehender Schließung der Regelstelle und einem Bestandteil des Regelorgans bildenden, auf der vom Sperrventil abgekehrten Seite vom Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben, d a durch gekennzeichnet, daß das Sperrventil (41) ein an sich bekanntes, mit einem Vorsteuerventil (415, 416) kombiniertes Rückschlagventil (411, 412) ist und das durch eine Feder (614) rückstellbare Regelorgan (61) auf der vom Sperrventil (411, 412) abgekehrten Seite sowohl eine vom Steuerdruck beaufschlagbare Steuerfläche (613') als auch eine bei öffnung det. Vorsteuerventils (415, 416) vom am Sperrventil (41) anstehenden Lastdruck bei geschlossener Regelstelle (711, 612) über einen Durchgang für das lastseitig anstehende Druckmittel beaufschlagbare Druckausgleichsfläche (617) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventilkörper (416) des Vorsteuerventils (415, 416) ein in Schließstellung des Ventilkörpers (416) in den Schließbereich (711, 712) der Regelstelle hineinragender Stößel (418) mit Nuten (419) "Uatig zunehmenden Durchflußquerschnilts zugeordnet ist, gegen den das Regelorgan (611) aufläuft und daß der Durcngang als Längsbohrung (616) im Regeiorgan(611) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische, einen Steuerkolben (613) tragende Regelorgan (611) sich durch einen Dämpfungsraum (615, 618) erstreckt, an den auf der vom Sperrventil (41) abgekehrten Seile des Steuerkolbens (613) die Steuerleitung (81') angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (81') mit einer Drossel versehen ist.