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Einrichtung zur lastunabhängigen Geschwindigkeitsregelung eines Fluidmotors
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur lastunabhängigen Geschwindigkeitsregelung
des Hubes eines mit Hilfe eines Wegeventils umsteuerbaren, pumpenbetriebenen Fluidmotors
mit einem Sitzventil, welches zeitweise das freie Ausströmen von Fluid aus dem Fluidmotor
unter der Wirkung einer äußeren Last verhindert und zeitweise unter dem Einfluß
eines Steuerkolbens, welcher von dem Fluidmotor zuströmenden Fluid belastet ist,
das Ausströmen von Fluid aus dem Fluidmotor zuläßt.
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Eine Regelung der Geschwindigkeit des Hubes derartiger Fluidmotore
bereitet dann Schwierigkeiten, wenn die auf ihn wirkende äußere Last einmal der
Arbeitsrichtung des Fluidmotors entgegenwirkt und anschließend in Richtung der Arbeitsrichtung
des Fluidmotors wirksam ist. Dieser Fall tritt z. B. ein, wenn durch einen Fluidzylinder
eine Last gehoben und gesenkt wird oder wenn, wie es, bei Ladeeinrichtungen und
Hebezeugen versechiedener Art häufig der Fall ist, ein Fluidzylinder ein in Richtung
der Schwerkraft belastetes Hebelwerk betätigt, welches in bezwg auf die Belastung
eine Totpunktlage besitzt. In beiden Fällen droht beim Wechsel der Arbeitsrichtung
des Fluidzylinders bzw. beim Wechsel der Richtung des Lastangriffs ein plötzliches,
schnelles Absinken der Last, wodurch beim Auffangen der sinkenden Last unzulässig
hohe Massenkräfte auftreten.
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Es ist bekannt, in der jeweiligen Abflußseite des Fluidmotors ein
Drosselventil anzuordnen, welches eine geringe Fluidmenge abfließen läßt. Auch ist
es bekannt, derartige Drosselventile einstellbar auszuführen, um die Drosselwirkung
durch äußeren Eingriff den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen zu können.
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Weiterhin ist es bekannt, in die jeweilige Abflußleitung des Fluidmotors
ein Sitzventil einzuschalten, welches durch einen Steuerkolben geöffnet wird, auf
den Fluiddruck in der Zuflußleitung des Fluidmotors wirkt.
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Die bekannten Ventile haben die gemeinsame nachteilige Eigenschaft
der Abhängigkeit vom Druck und von der Viskosität des sie durchströmenden Fluids.
Eine große Last sinkt wesentlich schneller ab als eine kleine. Ebenso ist unter
gleicher Last die Sinkgeschwindigkeit bei warmem Fluid größer als bei kaltem, so
daß die Anlage entweder vor Arbeitsbeginn auf Betriebstemperatur gebracht oder während
der Arbeit nachjustiert werden muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur lastunabhängigen
Geschwindigkeitsregelung zu schaffen, bei der die Senkgeschwindigkeit der Last nur
vom Druck und der Menge des von der Pumpe geförderten Fluids, nicht aber von der
Größe der Last und der Viskosität des Fluids abhängt. Darüber hinaus soll eine stets
witksame Sicherung gegen Absinken der Last bei Ausfall des Fluiddrucks, z. B. infolge
eines Rohrbruchs, vorgesehen sein..
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, .daß zwischen dem Sitzventil
und dem Steuerkolben ein Zwischenkolben angeordnet ist; welcher von dem Druck des
aus dem Fluidmotor ausströmenden Flulds belastet ist und welcher der durch das dem
Fluidmotor zuströmende Fluid hervörgerufenen Belastung des Steuerkolbens entgegenwirkt.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß der Steuerkolben eine Steuerkante besitzt,
welche in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens den Abflußquerscbnitt
des Fluidmotors. bestimmt.
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Auf diese Weise wird die Menge des aus dem Fluidmotor abfließenden
Fluids unabhängig von dem in ihm herrschenden Druck konstant gehalten, da bei kleiner
Senklast und entsprechend geringem Druck im Abfluß des Fluidmotors der Abflußquerschnitt
größer ist als bei großer Senklast und entsprechend hohem Druck im Abfluß des Fluidmotors.
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In der Zeichnung von Ausführungsbeispielen der Erfindung ist F i g.
1 der Längsschnitt eines einfach wirkenden Ventils innerhalb eines vereinfacht dargestellten
Fluidkreislaufs, F i g. 2 der Längsschnitt eines doppeltwirkenden Ventils innerhalb
eines anderen, vereinfacht dargestellten Fluidkreislaufs und F i g. 3 der Längsschnitt
eines doppeltwirkenden Ventils in einer anderen Ausführungsform.
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Das Ventil nach F i g. 1 besitzt ein Gehäuse 1 mit. einer Anschlußbohrung
2. Weitere Anschlußbohrungen 3 und 4 sind in Verschlußschrauben 5 und 6 angebracht,
welche eine das Gehäuse 1 durchdringende Stufenbohrung nach außen abdichten. Die
Stufe 7 der Stufenbohrung nimmt einen Steuerkolben 8 auf. Zwei
Bunde
9 und 10 des Steuerkolbens 8 unterteilen die Stufe 7 der Stufenbohrung in drei Räume
11, 12 und 13. Die Stufe 7 setzt sich fort in die Stufe 14 der Stufenbohrung, welche
einen Zwischenkolben 15 enthält. Schließlich ist die dritte Stufe 16 durch ein mit
der Feder 17 belastetes Rückschlagventil 18 gegenüber der Stufe 14 der Stufenbohrung
verschlossen. Der Zwischenkolben 15 weist zwei Zapfen 19 und 20 auf. Der Zapfen
19 mündet in den Raum 13 der Stufe 7 der Stufenbohrung, während der Zapfen 20 dem
Rückschlagventil18 zugewendet ist. Das Gehäuse 1 besitzt einen Kanal 21, welcher
die Stufen 7 und 14 der Stufenbohrung miteinander verbindet. Die Verschlußschraube
5 weist zwischen der Anschlußbohrüng 3 und dem Raum 11 der Stufe 7 eine Drosselbohrung
22 auf. Das vereinfacht dargestellte Fluidsystem weist einen Zylinder 25 mit dem
Kolben 26, der Kolbenstange 27 und den Arbeitsräumen 28 und 29, eine Pumpe 30, einen
Behälter 31, ein Sicherheitsventil 32 und das bei H handbetätigte Wegeventil 32
auf. Die Zuleitung 34 von .der Pumpe 30 zum Wegeventil 33 und die Ableitung 35 vom
Wegeventil 33 zum Behälter 31 sind in der dargestellten Mittelstellung des Wegeventils
miteinander verbunden. Eine Rohrleitung 36 führt vom Wegeventil 33 zum Arbeitsraum
29 des Zylinder 25 und ist in der abgebildeten Stellung über das Wegeventi133 mit
dem Behälter 31 verbunden. Eine weitere Rohrleitung 37 verbindet das Wegeventi133
mit der Anschlußbohrung 2 des Gehäuses 1. Der Arbeitsraum 28 des Zylinders 25 hat
über die Rohleitung 38 Verbindung mit der Anschlußbohrung 4 in der Verschlußschraube
6, während die Anschlußbohrung 3 in der Verschlußschraube 5 des Gehäuses 1 über
die Rohrleitung 39 in die Rohrleitung 36 zum Arbeitsraum 29 des Zylinders 25 führt.
Die Kolbenstange 27 des Zylinders 25 ist mit dem Gewicht G belastet.
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In der dargestellten Lage ruht der durch das Gewicht G belastete Kolben
26 auf dem im Arbeitsraum 28 eingeschlossenen Fluid, dessen Abfluß durch das Rückschlagventi118
verhindert wird. Zwecks Anheben der Last G ist das Wegeventil 33 nach-rechtszu verstellen,
wodurch die Rohrleitung 36 über die Ableitung 35 mit dem Behälter 31 und die Rohrleitung
37 über die Zuleitung 34 mit der Pumpe 30 verbunden werden. Das durch die Anschlußbohrung
2 in den Raum 13 einströmende Fluid verschiebt den Steuerkolben 8 in den Raum 11
und den Zwischenkolben 15 gegen das Rückschlagventil 18, welches durch den -Zapfen
20-geöffnet wird. Der Zutritt des Fluids vom Raum 13 durch den Kanal 21 über die
Stufe 16 in die Anschlußbohrung 4 und von dort über die Rohrleitung 38 in den Arbeitsraum
28 ist damit frei, so daß der Kolben 26 mit der Kolbenstange 27 das Gewicht G anhebt.
Das Anheben der Last erfolgt sanft, da das im Raum 11 enthaltene Fluid durch die
Drosselbohrung 22 verdrängt werden ruß und daher der Bund 10 den Kanal 21 nur verzögert
freigibt. Das durch den Hub des Kolbens 26 aus dem Arbeitsraum 29 so wie das vom
Steuerkolben 8 verdrängte Fluid fließt über die Leitung 36 zum Behälter 31 ab.
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Zum Absenken der Last G ist das Wegeventil 33 nach links zu verstellen.
Die Pumpe 30 ruft über die Rohrleitung 36 im Arbeitsraum 29 des Zylinders 25 einen
Druck hervor, welcher über die Rohrleitung 39 durch die Drosselbohrung 22 auf den
Steuerkolben 8 wirkt. Dieser verschiebt den Zwischenkolben 15, dessen Zapfen 20
das Rückschlagventil 18 öffnet. Der im Arbeitsraum 28 herrschende Fluiddruck, welcher
durch das Gewicht der Last G und durch den im Arbeitsraum 29 wirksamen Pumpendruck
hervorgerufen wird, wirkt über den Zwischenkolben 15 dem auf den Steuerkolben 8
lastenden Pumpendruck entgegen. Sobald dieser Druck infolge Absinkens des Kolbens
26 unter der Last des Gewichtes G abnimmt, verschiebt der Zwischenkolben 15 den
Steuerkolben 8 im Sinne einer Drosselung des Abflusses von Fluid aus dem Arbeitsraum
28 in den Behälter 31. Es bildet sich ein Gleichgewicht zwischen dem auf dem Steuerkolben
8 und auf dem Zwischenkolben 15 lastendem Fluiddruck aus, welches einen konstanten
Abfluß von Fluid aus dem Raum 28 aufrechterhält.
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Das Ventil gemäß F i g. 2 weist in einem Gehäuse 41 eine Bohrung 42
auf, die einen Steuerkolben 43 enthält. Die Enden der Bohrung 42 nehmen gleichartige
Einschraubbüchsen 44 und 45 auf, welche ebenfalls gleichartige Zwischenkolben 46
und 47 führen. Die Einschraubbüchsen 44 und 45 nehmen Rohrverschraubungen 48 und
48 auf. Weiterhin enthalten sie je ein durch Federn 50 belastetes Rückschlagventil
51 und 52. Die Rückschlagventile werden durch Zapfen 53 der Zwischenkolben 46 und
48 berührt. Schäfte 54 der Zwischenkolben 46 und 47 tragen plattenartige Ansätze
55, welche mit Spiel in Ausnehmung 56 des Steuerkolbens 43 eingreifen. Der Steuerkolben
43 besitzt fünf Bunde 57, 58, 59, 60 und 61, die die Bohrung 42 in sechs Ringräume
62, 63, 64, 65, 66 und 67 unterteilen: In die Ringräume 63 und 66 münden Anschlußbohrungen
68 und 69. Zwei von den Zwischenkolben 46 und 47 und den Rückschlagventilen 51 und
52 innerhalb der Einschraubbüchsen 44 und 45 abgegrenzte Ringräume 70 und 71 sind
durch Kanäle 72 und 73 mit den Ringräumen 64 und 65 verbunden.
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Das schematisch dargestellte Fluidsystem besteht aus der Pumpe 75,
dem Wegeventil 76 und dem Fluidmotor 77, welcher einen Kolben 78 mit der Kolbenstange
79 aufweist. Der Kolben 78 trennt die Arbeitsräume 80 und 81 des Fluidmotors voneinander.
Die Kolbenstange 79 ist an dem Gestänge einer Hebebühne 82 aasgelenkt, welche durch
das Gewicht G belastet ist. Von der Pumpe 75 führt eine Rohrleitung 83 zu dem Wegeventil
76. Als überlastungsschutz ist in dieser Rohrleitung ein überdruckventil 84 eingebaut.
Eine Rohrleitung 85 verbindet das Wegeventil 76 mit dem Behälter 86 des Wegeventils.
Von dem Wegeventil führen Rohrleitungen 87 und 88 zu den Anschlußbohrungen 68 und
69 im Ventilgehäuse 51. Die Arbeitsräume 80 und 81 des Fluidmotors 77 sind über
Rohrleitung 89 und 90 mit den Rohrverschraubungen 48 und 49 verbunden.
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In der dargestellten Mittellage des Ventils sind die Arbeitsräume
80 und 81 des Fluidmotors durch die Rückschlagventile 51 und 52 verschlossen, so
daß die Hebebühne 82 in ihrer Stellung blockiert ist. Zum weiteren Anheben der Last
G ruß das Wegeventil 76 in die linke Endlage gebracht werden. Dadurch wird die Rohrleitung
88 mit der Rohrleitung 85 verbunden. Das Fluid hat über die Anschlußbohrung 69 Zutritt
zu dem Ringraum 66. Von dort aus gelangt es durch eine Drosselbohrung 91 im Bund
61 des Steuerkolbens 43 in den Ringraum 67. Hier baut sich ein Druck auf, welcher
den Steuerkolben 43 nach oben und den Zwischenkolben 47 nach unten verschiebt. Es
wird dadurch die Anschlußbohrung 69 mit dem Kanal 73 verbunden und das Rückschlagventil
52 geöffnet.
über die Rohrleitung 90 wirkt der Fluiddruck im Arbeitsraum
81 des Fluidmotors. Durch die Bewegung des Steuerkolbens 43 nach oben wird gleichzeitig
über den Zwischenkolben 46 das Rückschlagventil 51 geöffnet und der Raum 70 über
den Kanal 72 mit der Anschlußbohrung 68 verbunden, so daß das aus dem Raum 80 des
Fluidmotors verdrängte Fluid über die Rohrleitung 88 und das Wegeventil 76 in den
Behälter 86 abfließen kann. Der Druck des abfließenden Fluids ist gleichzeitig im
Ringraum 70 wirksam. Der Druck des abfließenden Fluids wirkt damit dem in den Ringräumen
66 und 67 herrschenden Druck des zufließenden Fluids entgegen.
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Bei überfahren der Totpunktlage der Hebebühne 82 wird ein Absinken
des Gewichtes G dadurch verhindert, daß sich, wie an Hand von F i g. 1 beschrieben,
ein Gleichgewicht zwischen dem Druck des abfließenden Fluids und dem Druck des zufließenden
Fluids einstellt, derart, daß die Durchflußmenge des abfließenden Fluids durch den
Steuerkolben 43 konstant gehalten wird. Bei Umkehr der Bewegungsrichtung durch Umschalten
des Wegeventils 76 läuft der geschilderte Vorgang sinngemäß ab.
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Die Ausführung des Ventils gemäß F i g. 3 beinhaltet die gleiche Funktion
wie die Ausführung gemäß F i g. 2. Es ist jedoch zur Verringerung der Baulänge des
Ventils der Steuerkolben in zwei identische Teile 100 und 101 aufgeteilt, welche
in zueinander parallelen Bohrungen 102 und 103 des Gehäuses 104 angeordnet
sind. Die restlichen Bestandteile des Ventils entsprechen den in F i g. 2 wiedergegebenen.
Die von den Bunden der Steuerkolben 101 und 103 gebildeten Ringräume sind durch
entsprechende Querbohrungen miteinander verbunden.