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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 103 20 946 B4 ist ein gattungsgemäßer hydraulischer Antrieb für eine Seilwinde bekannt, bei dem eine Windentrommel über einen Hydromotor angetrieben wird. Der Zulauf des Hydromotors ist mit einer Pumpe, vorzugsweise einer Verstellpumpe verbunden. Das vom Hydromotor abströmende Druckmittel fließt über den Rücklauf zu einem Tank T hin ab. In dem Fall, in dem eine ziehende Last an der Windentrommel angreift, kann diese bei nicht hinreichender Abbremsung so beschleunigen, dass der von der Pumpe geförderte Druckmittelvolumenstrom nicht ausreicht, um den Hydromotor mit genug Druckmittel zu versorgen, so dass entsprechend der Druck im Zulauf abfällt und es bei ungünstigen Bedingungen sogar zu Kavitationserscheinungen im Zulauf kommen kann.
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Um einen derartigen unerwünschten Druckabfall im Zulauf zu vermeiden, ist bei der aus der
DE 103 20 946 B4 bekannten Lösung ein Bremsventil, auch Senkbremsventil genannt, vorgesehen, das in eine Schließposition vorgespannt ist und in Öffnungsrichtung vom Druck im jeweiligen Zulauf beaufschlagt ist. Bei der bekannten Lösung ist dieses Bremsventil so ausgebildet, dass es in beiden Drehrichtungen des Hydromotors, d. h. bei wechselndem Zu- und Rücklauf wirksam ist. Bei hinreichendem Druck im Zulauf wird das Bremsventil in eine Öffnungsstellung gebracht, so dass der vom Hydromotor abströmende Druckmittelvolumenstrom über das Bremsventil zum Tank hin abströmt. Bei einem unerwünschten Druckabfall wird der zum Tank hin abströmende Druckmittelvolumenstrom angedrosselt oder gesperrt, so dass entsprechend der Hydromotor abgebremst wird und der Druck im Zulauf ansteigt bis das Bremsventil wieder öffnet.
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In der
DE 10 2008 064 064 A1 der Anmelderin ist ein hydraulischer Antrieb mit einem Senkbremsventil beschrieben, bei dem dieses in Öffnungsrichtung mit einem Steuersignal beaufschlagt ist, das an einem Wegeventil abgegriffen wird, über das die Druckmittelzufuhr zum und vom Hydromotor gesteuert wird. D. h. bei dieser Variante erfolgt die Druckmittelzufuhr zum Hydromotor nicht direkt abhängig vom Zulaufdruck, so dass das Schwingungsverhalten in den vorbeschriebenen Sonderfällen verbessert ist. Es zeigte sich jedoch, dass die vorbeschriebene Problematik auch bei einer derartigen Ansteuerung des Bremsventils auftreten kann.
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Wie erläutert werden derartige hydraulische Antriebe beispielsweise bei Winden eingesetzt, bei denen der Antrieb in der Regel lediglich durch die über die Winde zu bewegende Last in einer Richtung beaufschlagt ist. Beim Senken einer derartigen ziehenden Last kann es zu den eingangs genannten Kavitationsproblemen im Zulauf kommen, die durch geeignete Ansteuerung des Bremsventils jedoch minimiert sind. Zum stabilen Regeln eines derartigen Bremsventils wird üblicherweise im Zulauf zumindest ein Druck von 20 bar vorgesehen. Der Windentrommel ist eine mechanische Haltebremse zugeordnet, die hydraulisch belüftet werden kann. Dieses Lüften erfolgt durch den Zulaufdruck, wobei für dieses Lüften ein Druck von zumindest 20 bar erforderlich ist. Beim Abbremsen der Last muss dann im Ablauf beispielsweise ein Druck von etwa 100 bar gehalten werden, so dass insgesamt mit Bezug zum Tank ein Δp von etwa 140 bar vorliegt, dass beim Absenken der Last beispielsweise über eine Drossel abgebaut wird – die damit einhergehenden Energieverluste sind erheblich.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Antrieb zu schaffen, bei dem die Energieverluste beim Abbremsen einer ziehenden Last verringert sind.
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Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß hat der hydraulische Antrieb einen Hydromotor, dessen Zulauf mit einer Druckmittelquelle, beispielsweise einer Pumpe verbunden ist und in dessen Rücklauf ein Bremsventil angeordnet ist, dass von einem über eine Steuerleitung abgegriffenen Steuerdruck in Richtung einer Öffnungsstellung beaufschlagt ist. Erfindungsgemäß hat der hydraulische Antrieb eine vom Zulaufdruck gesteuerte Steuerventileinrichtung, die den Steuerdruck erzeugt. D. h. der Steuerdruck zum Öffnen des Bremsventils wird somit nicht am Zulauf abgegriffen, so dass entsprechend die über eine Drossel im Rücklauf abzubauende um den in Öffnungsrichtung auf das Bremsventil wirksamen Steuerdruck verringert ist – die hydraulischen Verluste beim Abbremsen einer ziehenden Last werden somit erheblich verringert. Die Steuerventileinrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass sie den vom Betätigen des Bremsventils wirksamen Steuerdruck in geeigneter Weise erzeugt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuerventileinrichtung mit einer verstellbaren und einer festen Drossel ausgeführt. Der Steuerdruck zum Betätigen des Bremsventils wird zwischen den beiden Drosseln abgegriffen, die somit einen Druckteiler zum Abgreifen des geeigneten Steuerdrucks ausbilden.
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Der hydraulische Antrieb kann mit einer eigenen Steuerölversorgung ausgeführt sein, an die ein Eingangsanschluss der Steuerventileinrichtung angeschlossen ist und deren Ausgangsanschluss mit einer Steuerölversorgungsleitung in Druckmittelverbindung steht, von der die Steuerleitung abzweigt.
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Die Steuerölversorgungsleitung kann an einen Leckage- oder Spülanschluss angeschlossen sein.
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Zur Erhöhung der Betriebssicherheit wird der maximale Steuerdruck über ein Steuerdruckbegrenzungsventil begrenzt.
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Die Steuerölversorgung wird vorzugsweise mit einer Steuerölpumpe ausgeführt, deren Pumpendruck auf einen Maximalwert begrenzt ist.
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Die verstellbare Drossel der Steuerventileinrichtung kann ein stetig verstellbares 3/2-Wegeventil sein, so dass der Steuerdruck mittels einer 2-Kantensteuerung eingestellt wird. Die Steuerventileinrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie in einer Grundposition die Steuerölversorgungsleitung, beispielsweise zu einem Tank hin, druckentlastet. Das Wegeventil wird durch den Zulaufdruck in Richtung einer Öffnungsstellung beaufschlagt, in der eine Verbindung zwischen der Steuerölversorgung und der Steuerölversorgungsleitung aufgesteuert und entsprechend deren Verbindung zum Tank hin zugesteuert wird.
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Zur Vermeidung von Schwingungen können in der Steuerölversorgungsleitung Dämpfungsdüsen vorgesehen werden. Diese sind beispielsweise als Drosselrückschlagventile ausgebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Rücklauf vom Hydromotor zu einem Tank eine Düse vorgesehen, über die Änderungen des Rücklaufvolumenstroms in eine Änderung des Rücklaufdrucks umgewandelt werden.
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Der hydraulische Antrieb kann als geschlossener oder offener Kreislauf ausgeführt sein.
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Bei einer Variante der Erfindung treibt der Hydromotor eine Windentrommel an, die über eine mechanische Bremse festgelegt werden kann. Eine derartige Bremse kann beispielsweise durch den Zulaufdruck belüftet werden, Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert, die einen Schaltplan eines hydraulischen Antriebs einer Winde zeigt.
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Der in 1 gezeigte hydraulische Antrieb 1 hat eine Verstellpumpe 2, über die ein Hydromotor 4 mit verstellbarem Schluckvolumen angetrieben wird. Dieser kann seinerseits beispielsweise eine Winde oder dergleichen antreiben. Die Verstellpumpe 2 ist beispielsweise als Axialkolbenpumpe ausgeführt, wobei ein Schwenkwinkel veränderbar ist, um das Fördervolumen einzustellen. Der Schwenkwinkel kann über einen Schwenkwinkelsensor 6 erfasst werden. Die Verstellpumpe 2 ist mit einer herkömmlichen Pumpenregelung ausgeführt, die es beispielsweise ermöglicht, den Pumpendruck um eine vorbestimmte Druckdifferenz über dem individuellen Lastdruck im System zu halten. Derartige Druck- und Förderstromregelsysteme sind bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Der Antrieb 1 gemäß 1 ist als offener Kreislauf ausgeführt. Demgemäß wird das Druckmittel von der Verstellpumpe 2 über einen Zulauf 8 zu einem Zulaufanschluss des Hydromotors 4 gefördert und strömt von diesem über einen Rücklauf 10 zu einem Tank T hin ab, aus dem die Verstellpumpe 2 Druckmittel ansaugt. Bei relativ langen Zulaufleitungen können diese ein erhebliches Kapazitätsvolumen für das Druckmittel darstellen; dieses Kapazitätsvolumen ist in der Darstellung gemäß 1 mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Die Druckmittelströmungsrichtung zum und vom Hydromotor 4 wird über ein Wegeventil 6 eingestellt, das somit die Drehrichtung des Hydromotors 4 bestimmt.
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Das Wegeventil 6 ist als stetig verstellbares Wegeventil ausgeführt, wie es üblicherweise zur Steuerung von Druckmittelströmen verwendet wird. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wegeventil 6 in eine Grundposition federvorgespannt, in der eine Restöffnung vorhanden ist, in der der Zulauf 8 und der Rücklauf 10 über Drosseln und eine an einen Tankanschluss T angeschlossene Tankleitung 13 mit dem Tank T verbunden sind. Ein Druckanschluss P des Wegeventils 6 ist über eine Pumpenleitung 12 an den Druckanschluss der Verstellpumpe 2 angeschlossen. Die beiden Arbeitsanschlüsse A, B des Wegeventils 6 sind mit dem Zulauf 8 bzw. dem Rücklauf 10 verbunden. Die Verstellung des Wegeventils erfolgt elektrisch oder elektrohydraulisch (nicht gezeigt), wobei bei einer Verstellung in Richtung a der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss T und der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss B verbunden wird (Heben), während bei einer Verstellung in Richtung b (Senken) das Druckmittel in den Zulauf 8 gefördert wird und vom Hydromotor 4 über den Rücklauf 10, den Arbeitsanschluss B und den Tankanschluss T und eine in der Tankleitung 13 angeordnete Düse 40 zum Tank T hin abströmt. Durch den Druckabfall über dieser Düse 40 werden Druckmittelvolumenstromschwankungen in entsprechende Druckveränderungen umgesetzt, die über die Bremssteuerleitung 20 in Schließrichtung auf das Bremsventil 16 wirken.
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Die Verstellpumpe 2 ist mit einer Bremsventileinrichtung 14 ausgeführt, die in 1 gestrichelt angedeutet ist. Diese Bremsventilanordnung 14 hat ein Bremsventil 16, das über eine Feder 18 und eine erste Bremsventilsteuerleitung 20 in eine Schließposition vorgespannt ist. In einer Öffnungsrichtung wirkt der Druck in einer Steuerleitung 22, über die ein in Öffnungsrichtung wirksamer Steuerdruck eingesteuert wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bremsventil 16 als stetig verstellbares Wegeventil mit drei Anschlüssen P, Q, C ausgeführt, wobei in der federvorgespannten Sperrposition eine an einen Anschluss P angeschlossene Zulaufleitung 24 abgesperrt ist, die stromaufwärts eines Rückschlagventils 26 vom Zulauf 8 abzweigt. Ein weiterer Anschluss Q ist über eine Zulaufleitung 28 mit dem Zulauf 8 verbunden. Nicht dargestellt in 1 sind Positionen des Bremsventils 16, in denen dieses eine Druckmittelverbindung vom Anschluss Q zum Anschluss C aufsteuert. In diesem Fall würde dann der Druck in der jetzt mit Ablaufleitung 10 bezeichneten Leitung in Öffnungsrichtung wirken – diese Konfiguration wäre dann bei einer Drehrichtungsumkehr des Hydromotors 4 wirksam. Bei einer Windentrommel ist jedoch üblicherweise die in 1 dargestellt Konfiguration ausreichend, da die Last L stets in einer Richtung wirkt und dementsprechend die Kavitations- und Schwingungsproblematik nur in einer Drehrichtung des Hydromotors 4 beim Absenken auftritt
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Ein Ausgangsanschluss C des Bremsventils 16 ist mit einer sich verzweigenden Ausgangsleitung 30 verbunden, die über zwei Zweigleitungen 30a, 30b und jeweils darin angeordneten, als Rückschlagventile ausgebildeten Einspeiseventilen 32, 34 mit dem Rücklauf 10 bzw. dem Zulauf 8 verbindbar sind. Diese Einspeiseventile 32, 34 öffnen hin zum Rücklauf 10 bzw. zum Zulauf 8.
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Der größere der Drücke im Zulauf 8 und im Rücklauf 10 wird über ein Wechselventil 36 abgegriffen und an einen Steueranschluss G der Bremsventilanordnung 14 geführt. Der Bereich zwischen den beiden Einspeiseventilen 32, 34 ist über eine Spülleitung 38 mit einem Spülanschluss S verbunden.
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Die mit dem Zulauf 8 und dem Rücklauf 10 verbundenen zulaufseitigen Anschlüsse A, A' und rücklaufseitigen Anschlüssen B, B' der Bremsventilanordnung 14 sind in der Darstellung gemäß 1 ebenfalls eingezeichnet, die zulauf- und ablaufseitigen Druckmittelströmungspfade sind der Einfachheit halber jedoch durchgängig mit Zulauf 8 bzw. Rücklauf 10 bezeichnet.
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Die das Bremsventil 16 mit einem in Öffnungsrichtung wirksamen Steuerdruck beaufschlagende Steuerleitung 22 ist in einem Deckel 42 an eine Steuerölversorgungsleitung 44 angeschlossen, die über zwei Anschlüsse M des Deckels 42 mit Steuerölleitungsabschnitten verbunden sind, die der Einfachheit halber ebenfalls als Steuerölversorgungsleitung 44 bezeichnet sind, die somit durch den Deckel hindurch geht. In dem an den in der Figur rechten Anschluss MR des Deckels 42 angeschlossenen Teil der Steuerölversorgungsleitung 44 ist ein Steuerdruckbegrenzungsventil 46 vorgesehen, das elektrisch verstellbar ausgeführt ist, so dass der Maximaldruck in der Steuerölversorgungsleitung 44 veränderbar ist. Der Begrenzungsbereich kann dabei beispielsweise im Bereich von 0 bis 80 bar liegen. Im Bereich zwischen der Einmündung der Steuerleitung 22 und dem in der Figur linken Anschluss MP des Deckels 42 ist eine Dämpfungsdrosselanordnung 48 vorgesehen, die durch zwei parallel geschaltete, entgegengesetzt wirksame Drosselrückschlagventile ausgebildet ist.
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Innerhalb des Deckels 42 zweigt von der Steuerölversorgungsleitung 44 ein Spülkanal 50 ab, der einerseits in die Spülleitung 38 einmündet und andererseits zu einem Leckageanschluss L führt. In dem Spülkanal 50 ist eine Drossel 52 mit unveränderlichem Querschnitt vorgesehen.
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Der in der Figur links vom Anschluss MP des Deckels 42 angeordnete Teil der Steuerölversorgungsleitung 44 ist an einen Ausgangsanschluss A eines stetig verstellbaren Steuerventils 54 angeschlossen. Dieses ist als stetig verstellbares 3/2-Wegeventil ausgeführt und über eine Feder in eine Grundposition vorgespannt, in der der Ausgangsanschluss A mit einem Tankanschluss S verbunden ist, der seinerseits mit dem Tank T in Druckmittelverbindung steht. Ein Druckanschluss P des Steuerventils 54 ist abgesperrt. Dieser Druckanschluss P ist über eine Steuerpumpenleitung 56 an eine Steuerölpumpe 57 angeschlossen, die beispielsweise als Konstantpumpe ausgeführt ist. Der maximale Druck in der Steuerpumpenleitung 56 ist über ein Pumpendruckbegrenzungsventil 58 auf einen Maximaldruck von beispielsweise 100 bar begrenzt.
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Das Wegeventil 54 ist in Öffnungsrichtung, d. h. in einer Richtung, in der der Druckanschluss P mit dem Ausgangsanschluss A verbunden wird, über eine Steuerleitung 60 mit dem Druck im Zulauf 8 beaufschlagt. Die das Steuerventil 54 in Schließrichtung beaufschlagende Feder 62 entspricht einem Druckäquivalent von etwa 10 bis 20 bar, so dass das Steuerventil 54 bei Überschreiten eines entsprechenden Drucks im Zulauf 8 in Richtung seiner Regelposition verschoben wird. Der in der Steuerpumpenleitung 56 anliegende Steuerdruck wird somit über das stetig verstellbare Steuerventil 54 angedrosselt und bildet gemeinsam mit der festen Drossel 52 einen Druckteiler, der den Druck in der Steuerleitung 22 in Abhängigkeit vom Zulaufdruck und von der Einstellung der Feder 62 bestimmt. Die beiden in Reihe geschalteten Drosseln (Steuerventil 54 und Drossel 52) bilden somit gemeinsam eine Steuerventileinrichtung zur Erzeugung eines Steuerdrucks.
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Selbstverständlich kann anstelle des stetig verstellbaren 3/2-Wegeventils auch eine andere geeignete Ventilkonstruktion, beispielsweise ein Druckreduzierventil oder dergleichen verwendet werden. Bevorzugt ist es, dass diese Steuerventileinrichtung in Abhängigkeit vom Druck im Zulauf 8 angesteuert wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Ausgangswelle 64 des Hydromotors 4 über eine Kupplung 66 mit einer Windentrommel 68 zum Anheben oder Absenken einer Last L verbunden. Der Windentrommel 68 ist eine mechanische Haltebremse 70 zugeordnet, die über eine Feder in Richtung Bremseingriff vorgespannt ist und hydraulisch über eine Lüftungsleitung 72 gelüftet werden kann, um den Bremseingriff aufzuheben. Dieses Lüften erfolgt durch den Druck im Zulauf 8, wobei der Bremseingriff aufgehoben werden sollte, bevor das Bremsventil 16 in Richtung seiner Öffnungsstellung verstellt wird. D. h. der zum Lüften der Haltebremse 70 erforderliche Druck liegt etwas unterhalb des Ansprechdrucks des Bremsventils 16 ebenfalls im Bereich von 10 bis 20 bar.
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Ein wesentlicher Vorteil der vorbeschriebenen Lösung besteht darin, dass über die beschriebene Steuerventileinrichtung mit der verstellbaren Drossel (Steuerventil 54) und der feststehenden Drossel (Drossel 52) ein Steuerdruck für das Bremsventil 16 erzeugt wird, der zwar vom Druck im Zulauf 8 abhängt, jedoch nicht über die Verstellpumpe 2 erzeugt werden muss, so dass die über die Drossel 40 zu „vernichtende” Druckdifferenz und damit der hydraulische Verlust um denjenigen Teil geringer ist, der über die beschriebene Steuerventileinrichtung in der Steuerleitung 22 erzeugt wird und in Öffnungsrichtung auf das Bremsventil 16 wirkt.
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Offenbart ist ein hydraulischer Antrieb mit einem Hydromotor, dem ein Bremsventil zugeordnet ist, das über einen Steuerdruck in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist, der über eine vom Zulaufdruck gesteuerte Steuerventileinrichtung erzeugt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10320946 B4 [0002, 0003]
- DE 102008064064 A1 [0004]
