DE19542228B4 - Vorrichtung zur Betätigung eines Hydraulik-Motors - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Betätigen eines Hydraulikmotors (20) mit einem hydraulischen Druckfluid, wobei das hydraulische Druckfluid von einer Pumpe (24) über eine Leitung (22) zu dem Hydraulikmotor (20) geführt und das Hydraulikfluid vom Motor (20) zu einem Tank (26) abgeführt wird, gekennzeichnet durch ein thermisch aktiviertes Ventil (30), das parallel zu dem Hydraulikmotor (20) angeordnet ist, dass ferner das thermisch betätigte Ventil (30) geöffnet wird, um das Fluid zum Tank (26) abzuführen, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids unter einer vorgewählten Höhe ist, und dass eine Verbindung (38) zum Tank (26) geschlossen wird, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids über der vorgewählten Höhe liegt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur Betätigung eines Hydraulikmotors oder eines anderen Antriebs, und sie betrifft bevorzugt ein thermisch betätigtes Zweiwege-Ventil zur Verwendung mit Hydraulikmotoren oder Antrieben.
• Hydraulische Systeme, die große hydraulische Geräte, wie z.B. hydraulische Kräne betätigen, erfordern eine Kühlung des Hydrauliköls, wenn das System über längere Zeit unter schwerer Last arbeitet. Gegenwärtig werden ein Pilotbetätigtes bzw. vorgesteuertes, entlüftbares Entlastungsventil und ein Temperatursensor verwendet. Wenn das Entlastungsventil ein- oder abgeschaltet wird, um den Pumpenmotor einzuschalten oder anzuhalten, entsteht eine abrupte Änderung im Hydrauliksystem, was zu Stößen im ganzen System führt. Diese Stöße werden auf den Kran übertragen, und sie werden vom Kranfahrer bemerkt. Alles, was den gleichmäßigen Betrieb des Krans stört, kann das hydraulische System des Krans mit der Zeit verschlechtern. Obwohl dies bei großen hydraulischen Kränen gewöhnlich bemerkbar ist, tritt dieses Phänomen auch in anderen hydraulischen Anlagen auf, bei denen es nötig ist, das hydraulische Öl zu kühlen.
• Das Dokument DE 34 07 747 A1 offenbart einen Druckregler für eine verstellbare Pumpe, die Druckmittel zu einem Hydromotor fördert und deren hubveränderndes Stellglied mit Hilfe mindestens eines druckbeaufschlagten Kolbens entgegen einer Gegenkraft einstellbar ist, mit einem von der Kraft einer Reglerfeder belasteten Ventilkörper, der Druckmittel zu dem Kolben mindestens mittelbar steuert, wobei die Vorspannung der Reglerfeder von einem durch die Temperatur einer Flüssigkeit beeinflussten Element veränderbar ist, das vorzugsweise ein Dehnstoffelement ist.
• Der Stand der Technik, der nicht notwendigerweise hydraulischen Kränen zugeordnet ist, umfasst eine Anzahl von Anordnungen, bei denen heißes Wachs benutzt wird, um einen Ventilkolben aus einer ersten Position, in der ein Fluss durch eine Öffnung erlaubt ist, in eine zweite Position zu verschieben, in welcher der Ventilkolben den Fluss durch diese Öffnung sperrt. Diese Ventile können ferner weitere Öffnungen oder Anschlüsse enthalten, die geöffnet werden, wenn der erste Anschluss geschlossen ist. Keines dieser Ventile verwendet jedoch das Konzept, einen heißen Wachspfropfen in einem Ventil zu expandieren, in welchem Hydrauliköl abfließen kann, weshalb der bereitgestellte Druck für die Betätigung eines zugeordneten hydraulischen Geräts, z.B. eines Pumpenmotors, unzureichend ist, es sei denn, das Ventil ist geschlossen.
• Die Erfindung befasst sich somit mit einem neuen und verbesserten thermostatisch betätigten Zweiwege-Ventil.
• Die Erfindung betrifft ein thermostatisch betätigtes Zweiwege-Ventil mit einem Ventilkörper mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für Hydrauliköl in Verbindung mit einer Bohrung durch den Ventilkörper. In einer ersten Stellung kann Hydraulikfluid durch das Ventil zu einem Tank abfließen, und in einer zweiten Stellung sperrt das Ventil den Abfluss und legt das Hydraulikfluid mit Betriebsdruck an ein hydraulisches Gerät.
• In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Erfindung einen Kolben in dem Ventilkörper. Der Kolben hat einen ausgenommenen Abschnitt in ständiger Verbindung mit Einlass- und Auslassöffnungen. Eine Auslassöffnung ist im Ventilkörper ausgebildet in Verbindung mit dem Kolben zum Abführen des Hydraulikfluids aus dem Ventilkörper, wenn der Kolben sich in einer ersten Position befindet. Eine Feder spannt den Kolben in die erste Position vor und ein Stopfen aus thermisch expandierbarem Material, der zwischen dem Kolben und dem Ventilkörper angeordnet ist, drückt den Kolben gegen die Vorspannung der Feder aus der ersten Position in eine zweite Position, in welcher der Kolben die Verbindung mit der Auslassöffnung unterbricht.
• Nach einem Anwendungsfall der Erfindung ist die Einlassöffnung an eine Leitung für die Zufuhr von hydraulischem Druckfluid durch das Ventil von einer Hydraulikfluid-Druckquelle zu einer Vorrichtung, die mittels des hydraulischen Fluids betätigt wird, angeschlossen. Die Auslassöffnung führt Fluid zum Tank ab, bis das Fluid eine vorgewählte Temperaturhöhe erreicht hat, bei der das thermisch aktivierte Element dann expandiert. Das Druckfluid fließt dann nicht mehr hinter den Kolben und das gesamte Druckfluid strömt durch das Ventil, um die Vorrichtung zu betreiben.
• Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Ventil in Kombination mit einem hydraulisch angetriebenen Gebläse zum Kühlen desselben Hydrauliköls, das durch den Ventilkörper strömt und bewirkt, dass das thermisch aktivierte Element expandiert, verwendet.
• Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
• 1 schematisch in Form eines Diagramms eine Anordnung nach dem Prinzip der Erfindung zeigt, wobei ein thermisch aktiviertes Zweiwege-Ventil zur Betätigung einer hydraulisch angetriebenen Vorrichtung verwendet wird.
• 2 zeigt eine Seitenansicht eines Ventilkörpers, der das thermisch aktivierte Zweiwege-Ventil enthält.
• 3 ist eine Ansicht des Ventilkörpers nach 2 von unten.
• 4 ist eine vordere Stirnansicht des Ventilkörpers nach den 2 und 3.
• 5 ist eine hintere Stirnansicht des Ventilkörpers nach den 2-4.
• 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 von 4, wobei ein Ventilkolben im Ventilkörper in einer ersten Position dargestellt ist.
• 7 ist ein Schnitt ähnlich wie 6, wobei der Ventilkolben in einer zweiten Position dargestellt ist.
• 1 zeigt ein Diagramm eines Systems 10 zum Kühlen eines heißen Hydrauliköls, das zur Verwendung für den Antrieb von verschiedenen Komponenten einer hydraulischen Maschine 16 über eine Leitung 12 durch einen Radiator 14 zu einem Verteiler geführt wird. Die hydraulische Maschine 16 kann eine Vorrichtung sein, wie z.B. ein großer Kran (nicht gezeigt). Wenn sich das Hydrauliköl in der Leitung 12 durch den Betrieb der hydraulischen Maschine auf eine vorgegebene Höhe erwärmt hat, muss es gekühlt werden. Beispielsweise kann es erwünscht sein, die Temperatur des Hydrauliköls unter 42° C zu halten, wenn die Maschine 16 ein großer hydraulischer Kran ist. Nach der Erfindung wird dies durch Aktivierung eines Gebläses 18 erreicht, das von einem Hydraulikmotor 20 angetrieben wird. Das hydraulische Gebläse wird durch ein hydraulisches Druckfluid angetrieben, das über eine Leitung 22 von einer hydraulischen Pumpe 24 zugeführt wird. Das Hydraulikfluid in der Leitung 22 ist dasselbe Hydraulikfluid, das durch die Leitung 12 fließt, und es hat praktisch dieselbe Temperatur wie das Fluid in der Leitung 12. Nachdem das Hydraulikfluid verwendet worden ist, um das Gebläse 18 durch Betätigung des Motors 20 in Drehung zu versetzen, wird es über eine Leitung 25 zu einem Tank 26 abgeführt.
• Nach der Erfindung wird ein Zweiwege-Ventil 30 parallel zum Motor 20 angeordnet, das durch einen thermisch aktivierten Stößel 32 betätigt wird, der auf einen Ventilkolben 33 entgegen einer Feder 34 einwirkt. Dies erfolgt mittels einer Einlassleitung 36, die an die hydraulische Druckleitung 22 an einer Verbindungsstelle 37 angeschlossen ist. Wenn das Hydrauliköl unter dem gewählten Temperaturpegel ist, strömt das Fluid in der Leitung 36 durch das Ventil 30 zu einer Leitung 38, so dass das Fluid zum Tank 26 strömt. Demgemäß ist nicht genug Fluiddruck in der Leitung 22 vorhanden, um den Motor 20 anzutreiben und das Gebläse 18 zum Rotieren zu bringen. Wenn die Temperatur auf eine Höhe (42° C) angestiegen ist, die ausreicht, den Wachsstößel 32 zu expandieren, wird der Ventilkolben 33 aus der Position nach 1, in der er in einer offenen Stellung ist, in eine zweite Position verschoben, in der er in einer Sperrstellung ist, so dass das Fluid in der Leitung 22 nicht durch das Ventil 30 zum Tank 26 abströmen kann. Dies führt dazu, dass das gesamte Fluid durch die Leitung 22 strömt und den Motor 20 betätigt.
• In den 2-5 ist ein Ventilkörper 50 dargestellt, der eine Einlassöffnung 52 hat, die an die Leitung 36 angeschlossen ist sowie eine Abführöffnung 54, die an die Leitung 38 angeschlossen ist, für den Rückfluss zum Tank 26. Die Einlassöffnung 52 fluchtet mit einer ähnlichen Auslassöffnung 56 an der entgegengesetzten Seite des Ventilkörpers 50, um eine Verbindung zu schaffen, wie z.B. die Verbindung 37 in der Leitung 22 (1), so dass dann, wenn sich der Ventilkolben 33 (1) entweder in der ersten oder der zweiten Stellung befindet, die Öffnungen 52 und 56 ständig offen sind. Wenn sich das Ventil 30 in der ersten Stellung befindet, ist die Abführöffnung 54 ebenfalls offen, so dass das hydraulische Fluid zum Tank 26 abströmen kann, anstatt mit voller Kraft durch das Ventil 30 von der Öffnung 52 zur Öffnung 56 zu fließen.
• In 6 ist das Ventil 30 in seiner ersten Stellung oder Arbeitsweise, da der Ventilkolben 33 nach links durch die Feder 34 gedrückt wird gegen den nicht-expandierten thermischen Stößel 32. Die Abführöffnung 54 ist über einen Kanal 60 an einen Abschnitt 62 des Ventilkolbens 33 mit kleinerem Durchmesser angeschlossen, der einen Ringraum 64 bildet, der über einen Spalt 66 in Verbindung mit der Einlass- und der Auslassöffnung 52 und 56 steht. Demzufolge strömt kühles Hydrauliköl, das in die Einlassöffnung 52 und aus der Auslassöffnung 56 fließt, auch durch den Spalt 66 und über die Abführöffnung 54 zum Tank. Der Widerstand des getriebenen Elements, z.B. des Motors 20 nach 1, wirkt demzufolge derart, dass das in die Öffnung 52 eintretende Öl durch die Abführöffnung 54 strömt, anstatt aus der Auslassöffnung 56 hinaus.
• Für den leichteren Zusammenbau hat der Ventilkörper 50 bereits eine Bohrung 70, in der der Kolben 33 verschiebbar eingebaut ist. Ein erstes Ende 72 der Bohrung 70 ist durch einen Stopfen 74 geschlossen, nachdem der expandierbare Wachsstößel 32 in einen Raum 76 im Kolben 33 eingesetzt worden ist. Eine innere Bohrung 78 steht in Verbindung mit einer Kammer in einem ausgenommenen ersten Ende 80 des Kolbens 33, in welchem ein Ende der Feder 34 sitzt. Das andere Ende. der Feder 34 ist in einer Sackbohrung 52 aufgenommen, die in einem Gewindestopfen 84 ausgebildet ist, der am gegenüberliegenden Ende 86 der Bohrung 70 ins Gehäuse 50 eingeschraubt ist. Die Abführöffnung 54 ist normalerweise an eine Öffnung 88 angeschlossen, jedoch ist bei dieser Ausführungsform des Ventilkörpers 50 die Öffnung bzw. Bohrung 88 durch einen Gewindestopfen 90 geschlossen.
• In 7 ist die zweite Position oder Arbeitsweise des Ventils dargestellt, in welcher der Ventilkolben 33 den Spalt 66 (6) schließt, so dass das Hyd rauliköl nicht mehr aus der Abführöffnung 54 zum Tank abströmen kann. Das Hydrauliköl fließt daher mit genügend Druck in die Einlassöffnung 52 und zur Auslassöffnung 56 hinaus, um ein hydraulisches Gerät, wie z.B. den Gebläsemotor 20 nach 1, zu betreiben. Es besteht dann der Zustand, dass das Ventil 30 den Fluss zum Tank 26 sperrt und das Fluid, das nicht zum Tank fließen kann, wird unter Druck gesetzt, um den Motor 20 zu betreiben. Mit anderen Worten ist der Fluss analog zu dem Fluss durch die Leitung 22 in 1, bei welchem kein Hydraulikfluid durch die Leitung 36 zum Tank 26 abströmen kann.
• Da der Wachsstößel 32 beim Erreichen der vorgewählten Temperatur allmählich expandiert, wird der Spalt 66, der den Ringraum 64 mit dem Kanal 60 verbindet, allmählich geschlossen. Dies bedeutet, dass der Motor 20 nicht abrupt startet, sondern allmählich seine Geschwindigkeit aufbaut, wenn sich der Spalt 66 schließt. Dies hat zur Folge, dass das Gebläse 18 seine Tätigkeit relativ langsam beginnt, so dass keine Stöße auf das Hydrauliksystem und die von diesem betätigte Vorrichtung abgegeben werden. Der Betrieb ist damit ruhig und gleichmäßig. Das thermische Element 32 ist Teil einer thermischen Einrichtung 100, welche einen trommelförmigen Abschnitt 102 mit einem Bund 104 umfasst. Der Abschnitt 102 ist in einer Kammer 106 in einem zweiten Ende 108 des Ventilkolbens 33 aufgenommen. Ein Paar seitlicher Bohrungen 110 verbinden die Kammer 106 mit der Abführöffnung 54. Die Bohrungen 110 ermöglichen es, dass Fluid zur Abführöffnung 54 abströmen kann, das sich in der Kammer 106 angesammelt hat während der Kolben 33 verschoben wird, um die Abführöffnung 54 zu schließen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Betätigen eines Hydraulikmotors (20) mit einem hydraulischen Druckfluid, wobei das hydraulische Druckfluid von einer Pumpe (24) über eine Leitung (22) zu dem Hydraulikmotor (20) geführt und das Hydraulikfluid vom Motor (20) zu einem Tank (26) abgeführt wird, gekennzeichnet durch ein thermisch aktiviertes Ventil (30), das parallel zu dem Hydraulikmotor (20) angeordnet ist, dass ferner das thermisch betätigte Ventil (30) geöffnet wird, um das Fluid zum Tank (26) abzuführen, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids unter einer vorgewählten Höhe ist, und dass eine Verbindung (38) zum Tank (26) geschlossen wird, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids über der vorgewählten Höhe liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch betätigte Ventil (30) ein thermisch expandierbares Element (32) enthält, das expandiert, um das Ventil (30) zu schließen, wenn die Temperatur des Hydraulikfluids über die vorgewählte Höhe steigt, dass das Ventil (30) ferner eine Feder (34) aufweist, durch welche ein der Ventilkolben (33) vorgespannt ist, um das Fluid zum Tank (26) abzuführen, entgegengesetzt zu dem thermisch expandierbaren Element (32).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Element (32) aus Wachs besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (30) in einem einzigen Ventilkörper (50) eingebaut ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (20) ein Gebläse (18) betätigt, durch welches das Hydraulikfluid gekühlt wird, wenn es eine Temperatur erreicht hat, die höher ist als die vorgewählte Höhe.
6. Thermisch aktivierbares Zweiwege-Ventil (30), bestehend aus einem Ventilkörper (50) mit einer Einlassöffnung (52), einer Auslassöffnung (56) und einer Abführöffnung (54), die alle an eine Bohrung (70) angeschlossen sind, einen Ventilkolben (33) in und in direktem Kontakt mit der Bohrung (70), ohne O-Ringdichtungen dazwischen, zur Bewegung zwischen einer ersten Position, in welcher die Abführöffnung (54) zu der Bohrung (70) offen ist und zu der Einlassöffnung (52) und zu der Auslassöffnung (56), die offen zu der Bohrung (70) sind, sowie einer zweiten Position, in welcher die Abführöffnung (54) gesperrt ist, während die Einlassöffnung (52) und die Auslassöffnung (56) zu der Bohrung (70) offen bleiben, dass ferner der Ventilkolben (33) einen zurückgesetzten Abschnitt (62) hat, der einen Zwischenraum (64) zwischen dem Ventilkolben (33) und der Bohrung (70) bildet, wobei dieser Zwischenraum (64) immer in Verbindung mit der Einlassöffnung (52) und der Auslassöffnung (56) steht, ob der Ventilkolben (33) in der ersten Position oder in der zweiten Position ist, und wobei der Zwischenraum (64) nur in Verbindung mit der Einlassöffnung (52) und der Auslassöffnung (56) steht, wenn der Kolben (33) sich in der zweiten Position befindet, ferner durch eine Feder (34), um den Ventilkolben (33) in die erste Position zu drücken, und durch ein thermisch expandierbares Gerät (32), das gegenüber der Feder (34) angeordnet ist, um den Ventilkolben (33) in die zweite Position zu drücken, sobald es auf eine vorgewählte Temperaturhöhe erwärmt worden ist, wodurch in dem Ventil (30) der volle hydraulische Druck an der Einlassöffnung (52) an die Auslassöffnung (56) gelegt werden kann, wenn sich der Ventilkolben (33) in seiner zweiten Position befindet.
7. Ventil (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (34) und das thermisch expandierbare Gerät (32) in Flucht miteinander angeordnet sind und gegen Stopfen (74, 84) anliegen, die in den Ventilkörper (50) an gegenüberliegenden Enden der Bohrung (70) eingesetzt sind.
8. Ventil (30) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch expandierbare Gerät (32) ein Element aus Wachs umfasst.
9. Ventil (30) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (33) ein erstes Ende hat, an welchem die Feder (34) anliegt sowie ein zweites Ende, gegen welches das thermisch expandierbare Gerät (32) anliegt, und dass das erste und das zweite Ende in Fluidverbindung stehen über eine Bohrung (78), die durch den Kolben (33) verläuft.
10. Ventil (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (34) eine Schraubenfeder ist, die in einer ersten Kammer im ersten Ende (80) des Ventilkolbens (33) aufgenommen ist, und dass das thermisch expandierbare Gerät (32) in einer zweiten Kammer (106) im zweiten Ende (108) des Ventilkolbens (33) aufgenommen ist, und dass die erste und die zweite Kammer (106) durch die Bohrung (78) im Ventilkolben (33) verbunden sind.
11. Ventil (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Öffnung (110) die zweite Kammer (106) im Ventilkolben (33) mit der Abführöffnung (54) verbindet, um etwaiges Fluid in der Kammer (106) zur Abführöffnung (54) abzuleiten.