DE2066194C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung, umfassend eine mit dem zylinderbodenseitigen Arbeitsraum über eine erste Lei­ tung verbindbare Pumpe, ein Steuerventil zur wahlweisen Ver­ bindung der ersten Leitung mit der Pumpe oder einem Tank und ein in der ersten Leitung zwischen dem Steuerventil und dem zylinderbodenseitigen Arbeitsraum angeordnetes entsperrbares Rückschlagventil, dessen Ventilglied in Schließrichtung vom Druck im zylinderbodenseitigen Arbeitsraum beaufschlagt und in seine Offenstellung durch einen in einem Betätigungszylin­ der verschiebbaren Differentialkolben verstellbar ist, der auf seiner dem Ventilglied zugewandten Seite vom Druck in der ersten Leitung und auf seiner dem Ventilglied abgewandten Seite über eine mit der ersten Leitung verbindbare zweite Leitung ständig vom Pumpendruck beaufschlagt ist, wobei die Verbindung zwischen den beiden Leitungen gesperrt ist, wenn die erste Leitung mit dem Tank verbunden ist.

Die vorstehend genannte Vorrichtung ist für eine lasttragende Kolben-Zylinder-Anordnung bestimmt, wie sie beispielsweise zum Verschwenken der Kabine eines Lastkraftwagens verwendet wird. Dabei muß unter allen Umständen verhindert werden, daß die Kolbenstange unbeabsichtigt in den Zylinder einfahren kann und die nachdrückende Last Personen gefährdet, die unter der abgestützten Last arbeiten.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispiels­ weise aus der britischen Patentschrift 6 03 795 bekannt. Das Rückschlagventil verhindert dabei ein unbeabsichtigtes Ein­ fahren der Kolbenstange unter der Wirkung der Last.

Bei bestimmten Lasten wie beispielsweise der schwenkbaren Kabine eines Lastkraftwagens kann es dazu kommen, daß die Richtung der an der Kolbenstange angreifenden Kraft sich plötzlich ändert. Wird beispielsweise die Kabine eines Last­ kraftwagens verschwenkt, so wirkt zunächst das Gewicht der Kabine im Sinne eines Einfahrens der Kolbenstange in den Arbeitszylinder. Nach Überschreiten einer Gleichgewichts­ lage wird jedoch die Kabine aufgrund ihres Eigengewichts weitergeschwenkt, so daß sie auf die Kolbenstange einen Zug ausübt, der versucht, die Kolbenstange aus dem Zylinder herauszuziehen. Gegen ein solches unbeabsichtigtes Ausfahren oder ein zu rasches Ausfahren bietet die Vorrichtung gemäß der britischen Patentschrift 6 03 795 keine Sicherheit. Wird bei der dort beschriebenen Vorrichtung beispielsweise das Rückschlagventil aufgesteuert und der zylinderbodenseitige Arbeitsraum mit der Pumpe verbunden, so wird der kolbenstangen­ seitige Arbeitsraum des Arbeitszylinders mit dem Fluidre­ servoir verbunden. Dies bedeutet, daß bei dem oben diskutierten Umschlagen der Belastungsrichtung die Kolbenstange schlag­ artig aus dem Arbeitszylinder herausgezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie sowohl gegen ein unbeabsichtigtes Einfahren als auch ein unbeab­ sichtigtes Ausfahren der Kolbenstange aus der Kolben-Zylin­ der-Anordnung gesichert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite Leitung über eine Zweigleitung mit dem kolbenstangen­ seitigen Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Anordnung verbun­ den ist und daß in der Zweigleitung an dem dem Rückschlag­ ventil entgegengesetzten Ende des Zylinders der Kolben-Zy­ linder-Anordnung ein zweites durch einen Differentialkolben betätigbares Rückschlagventil angeordnet ist, welches durch den Druck im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum in Schließrichtung und durch den Differentialkolben in Öffnungsrichtung belastet wird.

Ein plötzliches Herausziehen der Kolbenstange aus den Zylindern würde einen Druckanstieg in dem kolbenstangenseitigen Arbeits­ raum des Zylinders hervorrufen, durch den das Rückschlagven­ til geschlossen wird, so daß ein plötzliches Ausfahren der Kolbenstange aus dem Arbeitszylinder ausgeschlossen ist.

Vorzugsweise ist der das zweite Rückschlagventil betätigende zweite Differentialkolben durch den Druck in der Zweigleitung betätigbar, wobei der Betätigungszylinder für den Differen­ tialkolben vorzugsweise in der Zweigleitung angeordnet ist und der Differentialkolben eine Durchtrittsbohrung für das Druckmittel aufweist. Ferner ist der zweite Diffential­ kolben zweckmäßigerweise derart angeordnet, daß seine kleinere Druckfläche zum Rückschlagventil hinweist und somit seine größere Druckfläche von dem in der Zweigleitung herrschenden Druck beaufschlagt wird. Durch diese Anordnung ist sicherge­ stellt, daß beim Aufsteuern des ersten Rückschlagventiles durch den in der zweiten Leitung erhöhten Druck auch das zweite Rückschlagventil aufgesteuert wird, da dann auch in der Zweigleitung der Druck ansteigt. Wird dagegen der Kolben in dem doppeltwirkenden Zylinder in der einen oder in der anderen Richtung schneller bewegt, als dies dem von der Pumpe gelieferten Förderdruck entspricht, sinkt an beiden Differen­ tialkolben der sie aufsteuernde Druck, so daß beide Rück­ schlagventile schließen können und den Arbeitskolben in seiner jeweiligen Lage fixieren.

Um die Gefahr des Auftretens von Lecks auf ein Minimum zu re­ duzieren und ein Schließen des ersten Rückschlagventiles bei Auftreten einer Störung in jedem Falle zu gewährleisten, wird ferner vorgeschlagen, daß das erste Rückschlagventil mit seinem Differentialkolben in seiner Verbindungsleitung zum zylinderbodenseitigen Arbeitsraum im Zylinderboden angeordnet ist, wobei die größere Fläche des ersten Differentialkolbens zum Ventilglied des Rückschlagventils weist, und daß das Steuerventil zusammen mit der Pumpe in einem Steuerblock an­ geordnet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigen

Fig. 2, 4, 5 und 7 eine weitere Ausführungsform der Vorrich­ tung gemäß der Erfindung mit doppeltwirkendem Druckzylinder in verschiedenen Arbeitsstellun­ gen, und

Fig. 1, 3 und 6 schematische Darstellungen eines Lastkraft­ wagens mit kippbarer Kabine, die mittels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung betätigt wird.

In den Fig. 2, 4, 5 und 7 ist ein Druckzylinder 1 und ein Steuer­ block 2 gezeigt, der eine Pumpe 3 und eine Dekompressions­ spindel 4 aufweist.

Die Pumpe 3, die in bekannter Weise eine mit einem Flüssig­ keitsbehälter 7 verbundene Ansaugklappe 5 und eine Stau­ klappe 6 trägt, ist einerseits durch einen Kanal 8 direkt mit der kleinsten Fläche des Differentialkolbens 9 verbunden, welcher zwei Querschnitte s und S aufweist, und andererseits mittels einer Kugelklappe 10 und einem Kanal 11 mit der Seite des größten Querschnitts des Differentialkolbens 9.

Die Kammer anschließend an die letztere Seite steht mittels eines Rückschlagventils 12 mit dem Druckzylinder 1 in Verbin­ dung, und der Differentialkolben 9 wird derart betätigt, daß er, wenn er in der geeigneten Richtung betätigt wird, das Rückschlag­ ventil 12 in seine Öffnungsstellung schiebt.

Der Kanal 11 ist außerdem mittels einer Klappe 13, die der Wirkung der Dekompressionsspindel 4 unterliegt, mit einem Auffangbehälter 14 verbunden, der im allgemeinen der gleiche wie der Behälter 7 ist.

Schließlich ist eine verschiebbare Querstange 15 frei zwischen den Kugeln der Klappen 10 und 13 angeordnet, um die eine zu öffnen, wenn die andere geschlossen wird, und umgekehrt.

Die Fig. 2, 4, 5 und 7 zeigen einen zweiten Differentialkolben 21 mit unterschiedlichen Querschnitten in einer Zweigleitung 16, die die kleinste Fläche des ersten Differentialkolbens 9 mit unterschiedlichen Querschnitten mit dem dem Rückschlagventil 12 abgewandten Ende 17 des Druckzy­ linders 1 verbindet.

Der zweite Differentialkolben 21 verbessert die Sicherheit, wenn bei einer bestimmten Einrichtung, d. h. z. B. im Falle des Schwenkens einer auf einem Lastkraftwagen vorgeschobenen Kabine, die Vertikale des Schwerpunktes der zu hebenden oder verstellen­ den Last jenseits der Anlenkstellen des Druckzylinders und der beweglichen Last verläuft. In dieser Stellung ändert sich die Schubkraft, die zu erzeugen ist, wenn die Vertikale des Schwerpunktes der beweglichen Last zwischen der Anlenk­ stelle des Druckzylinders und der Anlenkstelle der Last ver­ läuft, in eine Zugkraft.

Die in den Fig. 2, 4, 5 und 7 dargestellte Vorrichtung er­ möglicht es, die Verstellung der beweglichen Last auch nach Umschlag der Lastrichtung unter den gleichen Bedingungen zu steuern.

Es wird zunächst der Vorgang der Steuerung des Auswärtshubs des Druckzylinders 1 anhand der Fig. 2 erläutert. Bei diesem Vorgang ist es wichtig, die Stauperioden der Pumpe von ihren Ansaugperioden zu unterscheiden.

Für die Steuerung des Auswärtshubs des Druckzylinders wird die Dekompressionsspindel 4 eingeschraubt und schließt damit die Klappe 13, die mittels der Querstange 15 die Klappe 10 daran hindert, sich zu schließen. Die Pumpe wird damit zu­ gleich durch die Kanäle 8 und 11 mit den beiden Flächen des Differentialkolbens 9 verbunden, die folglich beide dem gleichem Druck aus­ gesetzt sind. Da jedoch die Kraft, die auf die große Fläche des Differentialkolbens 9 ausgeübt wird, größer ist als die, die auf die kleine Fläche ausgeübt wird, wird der Differentialkolben zu der Außenseite seiner Führung geschoben, gibt das Rückschlagventil 12 frei, das sich unter der Wirkung seiner Feder schließt, wodurch jede Verbindung zwischen dem Druckzylinder und dem Äußeren verhin­ dert wird, und wirkt somit der Rückkehr des Kolbens des Druck­ zylinders unabhängig von dem Zustand des übrigen Teils der Vorrichtung entgegen.

Wenn man die Pumpe derart betätigt, daß sie die Flüssigkeit staut, ist ihr Druck, der auf das Rückschlagventil 12 über den Kanal 11 wirkt, größer als die Wirkung der Feder dieser Klappe, die sich hebt und das Eindringen der Flüssigkeit in den Druck­ zylinder und damit den Auswärtshub seines Kolbens zuläßt.

In den Intervallen zwischen den Stauperioden der Pumpe, d. h. während der Ansaugperioden, vermindert sich der Druck der Flüssigkeit auf das Rückschlagventil 12, so daß sich dieses schließt und so den Druckzylinder absperrt. Der gleiche Vorgang wieder­ holt sich, solange man die Pumpe betätigt.

Wenn die Dekompressionsspindel 4 gelöst wird, dann wird die Kugel der Klappe 13 derart freigegeben, daß die Feder der Klappe 10 diese schließt, die dann mittels der Querstange 15 die Klappe 13 öffnet (s. Fig. 5, 7).

Die Innenseite des Differentialkolbens 9 wird damit über den Kanal 11, die Klappe 13 und den Behälter 14 dem Atmosphärendruck ausgesetzt, während zugleich die Verbindung zwischen den Kanälen 8 und 11 durch die Klappe 10 unterbrochen wird.

Der Kolben des Druckzylinders 1 kann sich deshalb noch nicht zurückbewegen, da die in dem Druckzylinder enthaltene Flüssig­ keit daran gehindert ist, durch das Rückschlagventil 12, das durch seine Feder geschlossen gehalten wird, abzuströmen.

Wenn man die Pumpe in der Staurichtung betätigt, kann die gepumpte Flüssigkeit die große Fläche des Differentialkolbens 9 über den Kanal 11 nicht erreichen, da er durch die Klappe 10 ver­ schlossen ist, sie erreicht jedoch über den Kanal 8 die kleine Fläche dieses Differentialkolbens. Daher wird dieser Diffentialkolben 9, der keiner Gegenwirkung unterworfen ist, in das Innere seiner Führung verstellt und drückt auf die Kugel des Rückschlagventils 12, das sich öffnet und nun die Flüssigkeit des Druckzylinders über den Kanal 11 zu dem Behälter 14 abströmen läßt. Der Kolben des Druckzylinders kann sich daher zurückbewegen.

Die Rückkehr des Kolbens des Druckzylinders kann daher nur durch Betätigen der Pumpe gesteuert werden, was ein besonderes und wichtiges Merkmal der Erfindung darstellt.

Der Kolben kann bei dem Rückwärtshub an jeder Stelle angehalten werden, indem man mit der Dekompressionsspindel 4 die Klappe 13 schließt.

Bei jeder Betätigung der Pumpe 3 wird über die Zweigleitung 16 auch der Differentialkolben 21 betätigt und das Rückschlagventil 22 ge­ öffnet, so daß beim Aufwärtspumpen der Last Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum 17 abfließen, beim Abwärtspumpen in den Arbeits­ raum 17 einfließen kann.

In den Fig. 1, 3 und 6 ist die Anordnung einer derartigen Vorrich­ tung auf einem Lastkraftwagen mit Kippvorrichtung in ver­ schiedenen Arbeitsphasen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Lastkraftwagen vor dem Schwenken der Kabine. Der Druckzylinder ist bei A an dem Chassis angelenkt und bei C an der Kabine. Die Kabine ist bei B an dem Chassis angelenkt. In dieser Stellung verläuft die Vertikale der Schwerkraft G der Kabine, die das Gewicht P der Kabine darstellt, zwischen den Punkten A und B.

Die Schubkraft F, die auf den Druckzylinder wirkt, ist daher maximal. Sie nimmt in dem Maße ab, in dem die Vertikale des Schwerpunktes sich der Stelle B nähert.

Fig. 5 zeigt die entsprechende Stellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung. In dieser Figur ist mit 21 die zweite Klappe mit unterschiedlichen Querschnitten und mit 22 die ihr zu­ geordnete Kugelklappe bezeichnet. K und M bezeichnen die beiden Enden des Druckzylinders und L die Umkehrstellung der Kabine, wenn ihr Schwerpunkt auf ihre Gelenkachse ein­ wirkt.

Die Schwenkung der Kabine entspricht einer Arbeitsphase, während der eine Schubkraft bis zu dem Schwenkpunkt L aus­ geübt wird.

Die Schubkraft ist bei K maximal und nimmt bis auf Null bei L ab.

Wenn man die Pumpe betätigt, wirkt der Druck, der sich in dem Druckzylinder aufbaut, auf die große Fläche des Differentialkolbens 21 und hält so das Rückschlagventil 22 geöffnet. Unter der Wirkung dieses Druckes führt die Stange des Kolbens des Druckzylinders einen Aufwärtshub durch. Die in dem ringförmigen Raum des Druckzylinders enthaltene Flüssigkeit, nämlich Öl, strömt am Boden des Druckzylinders über 22, 10 und 12 ab.

Im Falle eines Lecks oder Bruchs der Leitung während des Schwenkens der Kabine ermöglicht es der Druckabfall den beiden Rückschlagventilen, sich zu schließen und so den Kol­ ben des Druckzylinders in seiner Stellung festzuhalten.

Die Fig. 3 zeigt den Lastkraftwagen mit seiner Kabine, die sich im Gleichgewicht befindet. Die Vertikale des Schwer­ punktes G verläuft durch die Anlenkstelle B der Kabine. Die Kraft F, die auf den Druckzylinder ausgeübt wird, ist demnach Null.

Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils die Stellungen der Vor­ richtung gemäß der Erfindung, die dem Schwenkvorgang und der Umkehr der Kabine entsprechen.

Im Falle der Fig. 4 ist das nicht dargestellte Moment T, das dem Gewicht der Kabine, multipliziert mit dem Hebelarm zwischen ihrem Schwerpunkt und ihrer Anlenkachse, gleich ist, bei L Null und bei M maximal.

Die Vertikale des Schwerpunktes der Kabine wandert vor deren Anlenkachse, so daß das Gewicht der Kabine bestrebt ist, den Kolben des Druckzylinders herauszuziehen. Dadurch ist es er­ forderlich, das Absenken der Kabine zu steuern.

In Fig. 4 ist der Druck in dem unteren Teil des Druckzylinders Null. Das Moment T infolge des Gewichts der Kabine ruft einen Druck, der umso größer ist, je größer T ist, in dem ringförmigen Raum des Druckzylinders und den verschiedenen Leitungen bis zum Rückschlagventil 22 hervor, das sich unter der Wirkung seiner Feder zunächst schließt, wenn der Druck bei L Null wird. Dies führt zu einer Blockierung des Druckzylinders.

Wenn man nun die Pumpe betätigt, baut sich in der Vorrich­ tung ein Druck auf und nimmt bis zu dem Druck zu, der in der Lage ist, das Rückschlagventil 22 über den Differentialkolben 21 zu öffnen. Wenn das Rückschlagventil 22 offen ist, führt der Kolben des Druckzylinders unter der Wirkung des Moments T einen Aufwärtshub durch und erzeugt so einen Druckabfall hinter seinem Kolben in dem Raum mit vollem Querschnitt und, über 12, 11, 10, 16 ebenso bei dem Differentialkolben 21. Die Feder des Rückschlagventils 22 drückt daher dessen Kugel auf ihren Sitz zurück.

Betätigt man die Pumpe weiter, so erreicht man die völlige Schwenkung der Kabine. Diese Phase der Schwenkung wird so­ mit gesteuert durch die Pumpe durchgeführt.

Fig. 5 zeigt die Stellung der Vorrichtung bei der Zurück­ stellung der Kabine.

Man beseitigt den Druck in dem unteren Teil des Druckzylinders, indem man die Klappe 13 öffnet und die Klappe 10 schließt. Die zu überwindende Last ist bei M maximal und bei L Null. Wenn man die Pumpe betätigt, baut sich der Druck in dem ringförmigen Raum des Druckzylinders und an der kleineren Seite des ersten Differentialkolbens 9 auf. Das Rückschlagventil 12 wird daher geöffnet, und die Stange des Kolbens kehrt in den Druckzylinder zurück.

Die Fig. 6 zeigt schematisch den Lastkraftwagen in der Phase der Zurückstellung der Kabine. Wenn die Vertikale des Schwer­ punktes G der Kabine vor der Anlenkstelle B der Kabine ver­ läuft, übt das Gewicht der Kabine eine Zugkraft F ₁ auf den Druckzylinder aus.

Die Fig. 5 zeigt die entsprechende Stellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Wenn die Vertikale des Schwerpunktes der Kabine hinter der Gelenkachse der Kabine verläuft, ist die Last P bestrebt, die Stange des Kolbens in den Druckzylinder zurückzuführen.

Da der Druck bei L Null ist, werden die in Fig. 7 geöffnet gezeigten Klappen 22 und 12 geschlossen.

Bei geöffneter Klappe 13 betätigt man nun die Pumpe, bis der Druck ausreicht, um das Rückschlagventil 12 über den Differentialkolben 9 zu öffnen. Das Öffnen des Rückschlagventils 12 ermöglicht es, daß die Last einen Abwärtshub der Stange des Kolbens bewirkt. Dadurch wird ein Durckabfall in dem ringförmigen Raum des Druckzylinders erzeugt. Dieser Druckabfall bewirkt ein Schließen der Rückschlagventile 22 und 12, wodurch der Kolben des Druckzylinders festgelegt wird. Die Pumpe wird so lange betätigt, bis die Kabine in ihrer normalen Stellung ist.

Die Pumpe kann eine Handpumpe oder eine hydropneumatische Pumpe sein.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Steuerung einer hydraulischen Kolben- Zylinder-Anordnung, umfassend eine mit dem zylinderbodenseiti­ gen Arbeitsraum über eine erste Leitung verbindbare Pumpe, ein Steuerventil zur wahlweisen Verbindung der ersten Leitung mit der Pumpe oder einem Tank und ein in der ersten Leitung zwischen dem Steuerventil und dem zylinderbodenseitigen Arbeitsraum angeordnetes entsperrbares Rückschlagventil, dessen Ventilglied in Schließrichtung vom Druck im zylinder­ bodenseitigen Arbeitsraum beaufschlagt und in seine Offen­ stellung durch einen in einem Betätigungszylinder verschieb­ baren Differentialkolben verstellbar ist, der auf seiner dem Ventilglied zugewandten Seite vom Druck in der ersten Leitung und auf seiner dem Ventilglied abgewandten Seite über eine mit der ersten Leitung verbindbare zweite Leitung ständig vom Pumpendruck beaufschlagt ist, wobei die Verbindung zwischen den beiden Leitungen gesperrt ist, wenn die erste Leitung mit dem Tank verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (8) über eine Zweigleitung (16) mit dem kolbenstangen­ seitigen Arbeitsraum der Kolben-Zylinder-Anordnung (1) ver­ bunden ist und daß in der Zweigleitung (16) an dem dem Rück­ schlagventil (12) entgegengesetzten Ende des Zylinders der Kolben-Zylinder-Anordnung (1) ein zweites durch einen Diffe­ rentialkolben (21) betätigbares Rückschlagventil (22) ange­ ordnet ist, welches durch den Druck im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum in Schließrichtung und durch den Differentialkolben (21) in Öffnungsrichtung belastet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (21) zur Betätigung des zweiten Rückschlagventils (22) durch den Druck in der Zweigleitung (16) betätigbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungszylinder für den zweiten Differentialkolben (21) in der Zweigleitung (16) angeordnet ist und der Differentialkolben (21) eine Durchtrittsbohrung für das Druckmittel aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Differentialkolben (21) derart angeordnet ist, daß seine kleinere Druckfläche zum Rückschlagventil (22) hin weist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Rückschlagventil (12) mit seinem Differentialkolben (9) und seiner Verbindungsleitung zum zylin­ derbodenseitigen Arbeitsraum im Zylinderboden angeordnet ist, wobei die größere Fläche (5) des ersten Differential­ kolbens zum Ventilglied des Rückschlagventils (12) weist, und daß das Steuerventil (10, 13) zusammen mit der Pumpe (3) in einem Steuerblock (2) angeordnet ist.