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Einrichtung zum Abbremsen eines Körpers bei lastwechseln Bei einem
hydrostatischen Antrieb mit offenem Kreislauf besteht die Gefahr, daß der angetriebene
Körper im Falle eines Lastwechsels unkontrolliert beschleunigt wird. Z. B.
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kann es bei einem Kran-Drehwerk etwa eines Schwimmkranes vorkommen,
daß der Drehkranz geneigt ist, so daß der Schwerpunkt des Kranoberbaues und der
angehängten Last beim Drehen des Oberbaues seine Höhenlage ändert. Dann wird das
aufzubringende Drehmoment in dem Augenblick, in dem der Schwerpunkt seine höchste
lage überschreitet, absinken. U. U. wird es sogar negativ. Dann wird die Drehgeschwindigkeit
in unerwilnschtem Ausmaß erhöht, weil der offene Kreislauf des hydrostatischen Antriebes
keine stützende Ölsäule bietet. Solche Probleme treten bei fast allen hydrostatischen
Drehantrieben nichtstationärer Einrichtungen, z. B. von Straßenkranen, auf.
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Um in derartigen Fällen eine unerwünschte Besohleunigung der Last
zu vermeiden, hat man in die Abfluß leitungen der hydrostatischen Antriebseinrichtung
Bremsventile eingesetzt. Wenn die Bewegungsrichtung des hydrostatischen Antriebs
umkehrbar ist, z. B. bei Kran-Drehwerken, benötigt man zwei solcher Bremsventile,
die man in einem Doppelbremsventil zusammengefaßt hat.
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Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch eine hydrostatische Antriebseinrichtung
mit einem Doppelbremsventil der bisherigen Aus fUhrung.
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Als Symbol für den hydrostatisch anzutreibenden Körper ist ein Gewicht
1 angenommen, das in der dargestellten lage von einer Pendelstütze 2 im labilem
Gleichgewicht gehalten wird. An der Pendelstütze 2 greift eine Kolbenstange 3 an,
deren Kolben 4 doppelt wirkend in einem Zylinder 5 geführt ist. Dieser wird an dem
der Pendelstütze 2 gegenüberliegenden Ende festgehalten.
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Die mit einem Uberdruckventil 6 versehene Druckleitung 7 der Pumpe
8 der hydrostatischen Antriebseinrichtung ist an das Wegeventil 9 angeschlossen,
dessen Ablaufleitung mit 10 bezeichnet ist. Auf der diesen Leitungen gegenUberliegenden
Seite sind an das Gehäuse des Wegeventiles 9 zwei Leitungen 11, 12 angeschlossen,
die zu dem Gehäuse des Doppelbremsventlles 13 geführt sind. Von diesem Gehäuse führen
zwei Leitungen 14, 15 zu den beiden Enden des Zylinders 5.
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An die beiden Enden des Gehäuses des Doppelbremsventiles 13 sind zwei
Steuerkammern 16, 17 so angeschlossen, daß der jeweilige Druck einer Steuerflüssigkeit
in einer dieser Samzern den Schieber von dieser Kammer weg gegen den Widerstand
einer gegenüberliegenden Druckfeder 18 bzw. 19 zu schieben sucht. Die am linken
Ende des Doppelbremsventiles befindliche Steuerkammer 16 ist durch eine Leitung
20 mit der rechts befindlichen Leitung 11 verbunden, während die am rechten Ende
des Doppelbremsventils
befindliche Steuerkammer 17 durch eine Leitung
21 mit der links befindlichen Leitung 12 verbunden ist.
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Wenn das Gewicht 1 nach links in Richtung des Pfeiles 22 bewegt werden
soll, wird der Schieber des Wegeventiles 9 nach links geschoben. Dann sucht Druckflüssigkeit
durch die Leitungen 7 und 11 und - bei der dargestellten Mittellage des Schiebers
des Doppelbremsventiles über ein Rückschlagventil 23 und die Leitung 14 in den rechten
Teil des Zylinders 5 zu gelangen. Doch kann sich zunächst der Kolben 4 nicht nach
links bewegen, weil die in der Leitung 15 stehende Flüssigkeit von einem weiteren
Rückschlagventil 24 in dem Doppelbremsventil gesperrt wird.
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Demgemäß staut sich der Druck in der Leitung 11 und damit auch in
der Steuerkammer 16 an, so daß der Schieber des Doppelbremsventiles 13 nach rechts
geschoben wird. Hierbei tritt eine Drossel-Öffnung 25 an die Stelle des Rückschlagventiles
24 und ein Rückschlagventil 26 an die Stelle des Rückschlagventiles 23, so daß nunmehr
Flüssigkeit aus dem linken Teil des Zylinders 5 abfließen kann. Das geschieht durch
die Drosselöffnung 25 unter Abbremsung, so daß eine unerwlinsohte Beschleunigung
des Gewichtes 1 beim Überschreiten seiner dargestellten höchsten Lage, was mit einem
lastwechsel verbunden ist, vermieden wird.
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Entsprechendes geschieht, wenn das Gewicht 1 nach der entgegengesetzten
Richtung hin, d.h.
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im Sinne des Pfeiles 27 bewegt werden soll.
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Dann wird der Schieber des Wegeventiles 9 nach rechts geschoben, so
daß sich in der Leitung 12
Druck anstaut und folglich über die Steuerkammer
17 gegen den Widerstand der Feder 19 der Schieber des Doppelbremsventiles 13 nach
links geschoben wird. Alsdann kann aus dem rechten Teil des Zylinders 5 Flüssigkeit
abfließen, was unter Bremsung durch eine Drossel 28 erfolgt, die an die Stelle des
Rücksehlagventiles 23 tritt, während an die Stelle des Rückschlagventiles 24 ein
Rückschlagventil 29 tritt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Doppelbremsventil
T: bremsen eines Körpers bei Lastwechseln so zu gestalten, daß sich bei gegebenen
Raumverhältnissen ein möglichst großer Regelweg ergibt und daher eine feinfühlige
und leicht abstimmbare Steuerung möglich wird. Auch soll ein möglichst verzögerungsfreies
Ansprechen der Bremseinrichtung im Falle eines Lastwechsels erzielt werden, d.h.
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die Einrichtung soll mit gegenüber der Frequenz des zu bewegenden
Systemes genügend hoher Eigenfrequenz und geringster Hysterese arbeiten.
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Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Abbremsen eines Körpers
bei Lastweohseln, der mittels eines in einem offenen hydraulischen Kreislauf liegenden
Druckflussigkeitsverbrauchers wahlweise in einer von zwei einander entgegengesetzten
Richtungen bewegt werden kann, indem der Zufluß und der Abfluß zum bzw. vom Druckflüssigkeitsverbraucher
wechselweise durch zwei Leitungen erfolgt, wobei zwei RüQkschlagventile das Fließen
von Durokflüsslgkeit durch die Leitungen nur in Richtung nach dem Druckflüssigkeitsverbraucher
hin
vermitteln, während ein gehemmter Abfluß von Flüssigkeit aus dem Druckflüssigkeitsverbraucher
jeweils durch eine der beiden Leitungen über eine von zwei Drosseln erfolgt, wenn
ein die Drosseln enthaltender Schieber, dessen Gehäuse in die beiden Leitungen eingefügt
ist, durch eine Steuerflüssigkeit unter dem Druck in der jeweiligen Zuflußleitung
gegen einen Federwiderstand in eine Betriebsstellung geschoben ist; und die Erfindung
besteht in erster Linie darin, daß die Steuerflüssigkeit unabhängig davon, welche
der beiden Leitungen jeweils den Zufluß von Druckflüssigkeit zu dem Druckflüssigkeitsverbraucher
vermittelt, nur in ein und demselben Raum des Schiebergehäuses den Druck aus der
jeweiligen Zufluß-Leitung erhält und den Schieber in ein und derselben Richtung
in die Betriebsstellung schiebt und daß die Drosseln in dem Schieber so angeordnet
sind, daß sie beide in der Betriebsstellung des Schiebers Durchgangsstellungen zu
je einer der beiden Leitungen in P-arallelschaltung zu je einer der beiden Rückschlagventile
einnehmen. Hierbei ist die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß der Schieber an
einem Ende von einer Feder beaufschlagt ist und mit dem entgegengesetzten Ende als
Kolben den die Steuerflüssigkeit aufnehmenden Raum des Gehäuses abschließt.
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Nach einem weiteren Schritt der Erfindung ist zur Endlagen-Dämpfung
des Schiebers in dem die Steuerflüssigkeit aufnehmenden Raum des Gehäuses eine Öffnung
so angeordnet, daß in diese das als Kolben wirkende Ende
des Schiebers,
wenn dieser durch die Feder ,wird aus der Betriebsstellung heraus Ende dieser Bewegung
mit geringem Spiel eintaucht. Hierdurch wird erreicht, daß ein augenblickliches
Ansprechen der Bremseinrichtung auf einen Lastwechsel also eine sehr große Beschleunigung
des Schiebers, möglich ist, ohne daß es zu schädlichen Stößen kommt. Wegen dieser
Endlagen-Dämpfung kann man es wagen, dem aus dem Schieber und der Feder bestehenden
8ystem die erwünschte hohe Eigenfrequenz zu geben.
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Fig. 2 der Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer
Bremseinrichtung nach der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Teil dieser Einrichtung.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Doppelbremsventiles einer
Einrichtung nach der Erfindung in dem lotrechten Langsmittelschnitt.
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Figo 5 ist de zugehörige Draufsicht teilweise mit einem Schnitt nach
der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6 ist der Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4,
und teig. 7 ist die Ansicht in der Blickrichtung nach dem Pfeil VII in Fig. 4.
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Die Einrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1
dadurch, daß das Doppelbremsventil 30 aus der Mittelstellung heraus,
in
welcher zwei Rückschlagventile 23, 24 Durchgangsstellungen gegenüber den Leitungen
11, 14 bzw. 12, 15 einnehmen, nur nach einer Richtung hin verschoben werden kann.
Demgemäß befindet indet sich im Gehäuse des Doppelbremsventiles 30 nur an einem
Ende eine Steuerkammer 31, die durch eine Leitung 32 an die Druckleitung 7 der Pumpe
8 angeschlossen ist. Am gegenüberliegenden Ende des Doppelbremsventiles 30 wirkt
auf dessen Schieber eine Druckfeder 33.
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Unabhängig davon, ob das Gewicht 1 in Richtung des Pfeiles 22 oder
des Pfeiles 27 bewegt werden soll, ob also der Schieber des Wegeventiles 9 nach
links oder nach rechts geschoben wird, staut sich, solange das Doppelbremsventil
30 die dargestellte Ausgangslage einnimi4 in den Leitungen 7 und 32 sowie in der
Steuerkammer 31 Druck an, so daß der Schieber des Doppelbremsventiles nach links
geschoben wird. Dabei treten an die Stelle des Rückschlagventiles 23 eine Drosselöffnung
34 und ein parallel zu dieser liegendes Rückschlagventil 35. Gleichzeitig treten
an die Stelle des.Rückschlagventiles 24 eine Drosselöffnung 36 und ein RUckschlagventil
37. Demzufolge strömt Druckflüssigkeit durch die Leitungen 7 und 11, das Rückschlagventil
35 und die Leitung 14 in dem rechten Teil des Zylinders 5, während aus dessen linkem
Teil durch die Leitung 15 und die Drosselöffnung 36 sowie durch die Leitungen 12
und 10 FlUssigkeit abfließt. Das Abfließen wird durch die Drosselöffnung 36 gebremst,
so daß eine ungewollte Beschleunigung des Gewichtes 1 beim Lastwechsel vermieden
wird. Wenn der Schieber des Wegeventiles 9 zur RlchtungsuSkehr der Bewegung des
Gewichtes 1 nach rechts geschoben wErd, erfolgt der Zufluß von Druckflüssigkeit
zu
dem Zylinder 5 durch das Rückschlagventil 37 und der gebremste Abfluß von Flüssigkeit
aus dem Zylinder 5 durch die Drosselöffnung 34.
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Nach Fig. 3 ist die Steuerkammer 31 durch eine Leitung 38 über ein
Weeohselventil 39 an die beiden Leitungen 11 und 12 angeschlossen.
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Wenn sich der Druck in der Leitung 11 staut, wird dieser durch die
Leitung 38 in die Steuerkammer 31 übertragen, während die Leitung 38 gegenüber der
Leitung 12 abgesperrt wird.
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Wenn sich der Druck in der Leitung 12 staut, wird dieser ebenfalls
in die Leitung 38 und in die Steuerkammer 31 Ubergeleitet, während die Leitung 38
von der Leitung 11 abgesperrt ist. Die Wirkungsweise der Einrichtung mit dieser
abgewandelten Schaltung ist die gleiche wie die der Einrichtung nach Fig. 2.
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Das Doppelbremsventil nach den Fig. 4 bis 7 hat ein Wechselventil
39 (Fig. 6) gemäß Fig. 3. Gegenüber der Schla'tung nach der schematischen Darstellung
in Fig. 3 weist die Ausführung nach Fig. 4 bis 7 insofern eine Vereinfachung auf,
als anstelle der vier Rückschlagventile 23, 24, 35, 37 nur zwei Rückschlagventile
40, 41 (Fig. 5) vorhanden sind, die nicht im Schieber, sondern im Gehäuse des Doppelbremsventiles
untergebracht und unter Umgehung des Schiebers mit den Leitungen 11, 14 bzw. 12,
15 verbunden sind.
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Die Leitungen 11 und 12, die in Fig. 4 durch strichpunktierte Linien
angedeutet sind, sind an zwei Bohrungen 42 bzw. 43 in dem Gehäuse 44 des Doppelbremsventiles
angeschlossen. Diese Bohrungen münden in zwei
Hohlräume 45 bzw.
46, welche Erweiterungen einer tängsbohrung 47 in dem Gehäuse 44 darstellen. Durch
Je einen Steg 48, 49 getrennt von den Hohlräumen 45 bzw. 46 sind zwei Er weiterungen
50 bzw. 51 der Längsbohrung 47.
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In diese Erweiterungen mUnden Bohrungen 52, 53, an welche die mit
strichpunktierten Linien angedeuteten Leitungen 14 bzw. 15 angeschlossen sind.
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In der Längsbohrung 47 ist der Schieber 54 in Form eines Zylinders
mit dichtem Abschluß verschiebbar geführt. Ein Teil seines Endes ragt aus dem der
Erweiterung 51 benachbarten Ende des Gehäuses 44 heraus und trägt einen Federteller
55. Auf diesen wirkt ein Ende der Druckfeder 33, deren anderes Ende am Deckel einer
an das Gehäuse 44 angeschraubten Hülse 57 anliegt.
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Fig. 4 zeigt den Schieber 54 in seiner rechten Endlage, wobei der
Pederteller 55 an der linken Stirnseite des Gehäuses 44 anliegt. Das entgegengesetzte
Ende des Schiebers 54 ragt hierbei in die Kammer 31 des Gehäuses 44 hinein, die
durch eine zylinderische Bohrung gebildet und nach außen durch einen angeflanschten
Deckel mit einem in die Bohrung passenden Bund 59 abgeschlossen ist. Dabei taucht
das Ende des Schiebers 54 mit geringem Spiel in eine zylindrische Ausnehmung 60
des Bundes 59.
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In einer Querbohrung 61 des Gehäuses 44, die durch eine Bohrung 62
nsit der Steuerkammer 31 verbunden ist, ist ein dz das echnlventil 39 bildender
Kolben 63 (Fig. 6) verschiebbar geführt. In die Querbohrung 61, die an ihren
Enden
durch Nippel 64, 65 abgeschlossen ist, münden zwei Kanäle 66, 67 mit Je einem Abstand
von der Bohrung 62, der größer ist als die Länge des Kolbens 63. Der Kanal 66 geht
von der Bohrung 42 und der Kanal 67 von der Bohrung 43a aus.
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Von den beiden Stirnseiten des Kolbens 64 stehen zwei Zapfen 68 ab,
welche die Verschiebungen des Kolbens 63 in der Querbohrung 61 durch AbstUtzung
an den Nippeln 64, 65 begrenzen.
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Der Bund 59 hat eine Querbohrung 69, die einer~ seits nach außen abgeschlossen
ist und andererseits durch engere Bohrungen 70, 71 mit der Steuerkammer 31 in Verbindung
steht. Diese Verbindung wird unter der Wirkung einer Druckfeder 72 durch die Kugel
73 eines Rückschlagventiles unterbrocken. Die Querbohrung 69 steht mit der Ausnehmung
60 durch eine Bohrung in Verbindung.
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Der Schieber 54 hat zwei iängsbohrungen 74, 75, die voneinander getrennt
und an den äußeren Enden des Schiebers abgeschlossen sind. Jede der Längsbohrungen
74, 75 steht mit einem der Hohlräume 45 bzw. 46 über weite Querbohrungen 76 in Verbindung,
die bei der dargestellten rechten Endlage des Schiebers gerade mit den rechten Begrenzungslinien
der Hohlräume 45, 46 abschneiden. Ferner hat der Schieber 54 zwei Gruppen von engen
Querbohrungen, welche die Drosselöffnungen 34 und 36 nach Fig. 2 und 3 bilden. Sie
sind so angeordnet, daß sie bei der dargestellten rechten Endlage des Schiebers
54 teils in die Hohlfäume 45 bzw. 46 hineinragen und teils durch die Stege 48 bzw.
49 abgedeckt sind, aber nicht Illit den Erweiterungen 50 bzw. 51 in Verbindung stehen.
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Die Rückschlagventile 40, 41, die wie gesagt die RUek"h1apentile 23,
24, 35, 37 nach
Fig. 2 und 3 ersetzen, sitzen in Bohrungen 79,
80 des Gehäuses 44, die in die Erweiterungen 50 bzw. 51 münden. Die Eintrittsseiten
dieser Rückschlagventile sind unter Vermittlung eines an das Gehäuse 44 angesetzten
Verteilerstückes 81 mit Bohrungen 82 btw. 83 verbunden, die in die Hohlräume 45
bzw. 46 münden (Fig. 5).
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Schematisch sind die Rückschlageventile 40, 41 mit den erwähnten Bohrungen
in Fig. 4 angedeutet.
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Wenn das Gewicht 1 in Richtung des Pfeiles 22 (Fig. 2) bewegt werden
soll und demgemäß die Leitung 11 über das Wegeventil 9 an die Druckleitung 7 und
die Leitung 12 an die Ablaufleitung 10 angeschlossen ist, wird der hohe Druck in
der Leitung 11 und der Bohrung 42 durch den kanal 66 in denjenigen Teil der Querbohrung
61 übertragen, der sich zwischen dem Kolben 63 des Wechselventiles 39 und dem Nippel
64 befindet, während der gegenüberliegende Teil der Querbohrung 61 infolge der Verbindung
über den Kanal 67 mit der Bohrung 43 und der Leitung 12 unter geringem Druck steht.
Demzufolge wird der Schieber 63 aus der in Fig. 6 dargestellten rechten Endlage
in die linke Endlage geschoben in der sein linker Zapfen 68 an dem Nippel 65 anliegt.
Hierdurch wird eine Verbindung zwischen dem Kanal 66 und der Bohrung 62 hergestellt,
und folglich fließt Steuerflüssigkeit unter dem hohen Druck, der in der Leitung
11 und der Bohrung 42 herrscht, in die Steuerkammer 31 und von da durch die Bohrungen
70, 71 unter Anhebung der Kugel 73 und durch die Querbohrung 69 in de Ausnehmung
60. Hierdurch wird der Schieber 54 nach links bewegt. Wenn sein rechtes Ende aus
der Ausnehmung 60 herausgetreten ist, wirkt die in der Steuerkammer 31 befindliche
Steuerflüssigkeit
unmittelbar auf seine Stirnfläche.
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Dabei treten nach und nach die die Drosselöffnungen bildenden Bohrungen
34 und 36 in die Erweiterungen 50 bzw. 51. Folglich fließt nunmehr Flüssigkeit aus
dem linken Teil des Zylinders 5 durch de Leitungen 15, 129 und 10 ab, hierbei tritt
Flüssigkeit durch dieJenigen engen Bohrungen 36, die in die Erweiterung 51 hereingetreten
sind, in die Längsbohrung 75 und aus dieser dadurch die Querbohrungen 76 in den
Hohlraum 46, so daß eine mehr oder weniger starke Drosselung erfolgt und die Bewegung
des Gewichtes 1 bei einem Lastwechsel gebremst wird4 Die Druck flüssigkeit aus der
Leitung 11 fließt dabei in die Leitung 14 über das Rückschlagventil 40.
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Hierbei tritt eine Selbstregelung auf. Denn je stärker bei einem Lastwechsel
- beispielsweise angenommen bei einer Bewegung des Gewichtes 1 im Sinne des Pfeiles
22 - der Druck in dem rechten Teil des Zylinders 5 abnimmt, umso geringer ist der
Druck der Steuerflüssigkeit, die in der Steuerkammer 31 den Schieber 54 gegen den
Widerstand der Feder 33 nach links zu schieben sucht, so daß eine um so geringere
Zahl von engen Drosselbohrungen 34 und 36 in die Erweiterungen 50 bzw. 51 eintreten.
Demgemäß ist die Drosselwirkung umso großer. Wenn während des normalen Betriebes,
bei dem su«Bewegen des Gewichtes 1 etwa im Sinne des Pfeiles 22 keine große Kraft
und demgemäß ein hoher Flüssigkeitsdruck im rechten Teil des Zylinders 5 benötigt
wird, wird der Schieber 54 durch den entsprechend hohen Druck der Steuerflüssigkeit
in der Steuerkammer 31 gegen den Widerstand der Feder 33 soweit nach links
geschoben,
daß alle Drosselbohrungen 34 und 36 in die Erweiterungen 50 bzwo 51 treten. Dann
kann die Flüssigkeit aus dem linken Teil des Zylinders 5 mit nur geringem Widerstand
abfließen.
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Wenn nun schlagartig ein Lastwechsel erfolgt, sinkt der Flüssigkeitsdruck
in dem rechten Teil des Zylinders 5 nahezu auf Null ab, so daß auch die Flüssigkeit
in der Steuerkammer 31 nahezu drucklos wird. Infolgedessen schiebt die Feder 33
den Schieber 54 sehr schnell nach rechts, so daß fast augenblicklich der Durchfluß
von Flüssigkeit durch die bis dahin rreigegebenen Drosselbohrungen 36 gehemmt und
schließlich verhindert wird. Sonach findet das Gewicht 1 eine bei dem Lastwechsel
sofort
Flüssigkeits-Stütze in dem linken Teil des Zylinders 5 und in der Leitung 15, so
daß eine unzuträgliche Beschleunigung verhindert wird.
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Die hierfür erforderliche sehr schnelle Bewegung des Schiebers 54
nach rechts wifd gegen Ende dieser Bewegung dadurch abgebremst, daß das rechte Ende
des Schiebers in die Ausnehmung 6o eintaucht. Denn die in dieser Ausnehmung befindliche
Flüssigkeit kann e wegen des Rückschlagventiles 73 nicht entweichen, sondern es
kann Flüssigkeit nur durch das Spiel, mit dem das Ende des Schiebers 54 in die Ausnehmung
60 eintritt, aus dieser heraus in die Steuerkammer 31 entweichen. Von dort kann
Flüssigkeit durch die Querbohrung 61 in die vom Druck entlastete Leitung 11 gelangen.
Hierdurch werden gefährliche harte Stöße vermieden, die sonst - verursacht durch
Übersteuerung des Schiebers 54 - infolge der hohen
Beschleunigung
des Schiebers 54 durch die Feder 33 eintreten würden.
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In die Steuerkammer 31 mündet ferner eine Bohrung 84, an welche -
bei einer Schaltung nach Fig. 2 - die Leitung 32 angeschlossen werden kann.