DE2352742C2

DE2352742C2 - Hydraulisches Senkbrems-Sperrventil

Info

Publication number: DE2352742C2
Application number: DE2352742A
Authority: DE
Inventors: Hubert Neuheim Häussler
Original assignee: Beringer-Hydraulik GmbH, Neuheim, Zug
Priority date: 1972-11-09
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1985-01-03
Also published as: NL175094B; AT328667B; DD110331A5; CH543028A; FR2208079B3; DE2352742A1; FR2208079A1; IT999289B; JPS49135218A; US3906991A; GB1412659A; NL7314843A; SE404623B; ATA898173A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Senkbrems-Sperrventil zur lastunabhängigen Geschwindigkeitsregelung eines angeschlossenen, durch äußere Kräfte belasteten und als doppelt wirkendes Zylinderkolbenaggregat ausgebildeten Verbrauchers, mit einem in geschlossener Stellung unter dem Druck in; Verbraucher stehenden, leckfrei dichtenden Sperrventil und einem dieses zur Durchführung der genannten Regelung aus dieser Schließstellung abhebenden und sich dabei gegen einen Brems-Sperrkolben des Sperrventils anlegenden Öffnungskolben, wobei der Brems-Sperrkolben in der abgehobenen Stellung als Drosselkolben zwischen einem Verbraucheranschluß und einem Ablaufanschluß wirkt und eine Drosselverbindung zwischen dem Verbraucheranschluß und dem die Druckfeder enthaltenden Druckfeder-Raum vorgesehen ist.

Bei einem bekanntgewordenen Ventil ist der die Druckfeder enthaltene Druckfeder-Raum vom Verbraucheranschluß vollständig getrennt; bestenfalls kann etwas Lecköl eindringen, welches sich aber durch Anheben eines Rückschlagventils wiederentfernen läßt. Der Brems-Sperrkolben steht bei diesem bekannten Ventil nur unter dem Druck der Druckfeder (FR-PS 15 82 145).

Diese Maßnahme, also das Dichthalten des Druckfeder-Raumes, ist vom Standpunkt der Betriebssicherheit gefährlich. Wenn nämlich die Druckfeder bricht, wirkt kein Druck mehr auf den Brems-Sperrkolbcn ein. Wenn dieser sich in einer offenen Stellung befindet, kann die Hydraulikflüssigkeit aus dem Verbraucheranschluß ungehindert abfließen. Dies kann jedoch schwerwiegende Folgen haben; handelt es sich beispielsweise um den Ausleger eines Krans, kann dieser sich ungehindert nach unten bewegen und schließlich mit Gewalt auf dem Boden aufschlagen; schwere Unfälle oder mindestens bedeutender Sachschaden sind die Folgen.

Bekanntgeworden sind auch hydraulische Sperrventi-Ie mit einem ständig offenen Drosselkanal zwischen dem Druckfeder-Raum und dem Verbraucheranschluß (Fachbuch: Bauelemente der ölhydraulik, H. Zoebl. Springer-Verlag Wien, 1963, S. 162, Abb. 154 bzw. Fachbuch: Bauelemente der ölhydraulik Teil II, Steuerungen und Zubehör, Krausskopf-Verlag, Mainz 1974. S. 138, Abb. 11).

Eine konstante Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Druckfeder-Raum hat demnach ein unstetiges Ventilverhalten zur Folge.

An diesem Verhalten ändert sich auch nichts, wenn die ständig offene Druckmittelverbindung zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Druckfeder-Raum als axial im Sperrkolben verlaufende Nut ausgebildet wird (DE-OS 20 08 092). Zwar wird der Fachmann beim Betrieb eines der vorbekannten Ventile Mangel hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit (in Form von Unstetigkeit) und hinsichtlich der Sicherheit (z. B. bei Federbruch) unter Umständen feststellen können, jedoch in dem bekannten Stand der Technik kein Hinweis darauf zu entnehmen, daß bzw. wie diesen Mangeln abgeholfen werden kann.

Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Senkbrems-Sperrventil zur lastunabhängigen Geschwindigkeitsregelung eines angeschlossenen Verbrauchers so auszubilden, daß es zuverlässiger wirkt (insbesondere zu Beginn der Absenkbewegung) und größere Sicherheit zu gewährleisten vermag.
Es wurde gefunden, daß sich bei einem hydraulischen Senkbrems-Ventil der oben angegebenen Art diese Aufgabe in einfacher Weise dadurch lösen läßt, daß die Drosselverbindung als axial in der Mantelfläche des Brems-Sperrkolbens verlaufende Kerbe mit einem gegen den Druckfeder-Raum hin abnehmenden Querschnitt ausgebildet ist, so daß bei engstem Drosselquerschnitt der Druck im Druckfeder-Raum nach öffnung des Rückschlagventils auf den Ablaufdruck abnimmt.

Hierdurch wird erreicht, daß bei Bruch der auf den Brems-Sperrkoiben wirkenden Feder die Brems-Funktion des Ventils erhalten bleibt.

Dem erfindungsgemäßen Lösungsvorschlag liegt die nicht aus dem Stand der Technik ableitbare oder sich in naheliegender Weise draus ergebende Erkenntnis zugrunde, daß für den Betrieb des Ventils und für dessen unstetiges Verhalten beim Absenken sowie für das Ventiiversagen bei Federbruch speziell der Druckverlauf im Druckfeder-Raum maßgeblich ist. Bei der Suche nach einer Lösung ergaben sich infolge der Kompliziertheit des anmeldungsgemäßen Ventiis und dessen Funktion in bezug auf die hydraulische Anlage mit doppelt wirkenden Zylinder-Kolbenaggregat zwar eine Vielzahl von Lösungsansätzen, jedoch führte keiner dieser Lösungsansätze zum Ziel. Erst durch die Erfindung ergibt sich die Lösung der Problemstellung dadurch, daß zur Beseitigung der Ventil-Mängel und zur Erreichung eines angestrebten Druckverlaufes im Sperrfeder-Raum eine spezielle keilförmige Axial-Kerbe in der Mantelfläche des Brems-Sperrkolbens zwischen dem Verbraucheranschluß und dem Druckfeder-Raum so angeord net wird, daß die Drosselkcrbe zum Druckfeder-Raum hin im Querschnitt abnimmt und /war genauso dimensioniert, daß bei engstem Drosselquerschnitt der Druck im Druckfeder-Raum nach Öffnen des Rückschlägen-

tils im Druckfederraum auf den Ablaufdruck abnimmt

Da es im Stand der Technik für den Fachmann keinerlei Hinweise weder auf die anmeldungsgemäße Problemstellung noch auf die dafür maßgeblichen Funktions- und Konstruktionsbedingungen bei einem Ventil 5 gibt, kann unberücksichtigt bleiben, daß keilförmige Drosselkerben aJs wegabhängige Drosseln bekannt sind, die axial in Mantelflächen von Ventil-Körpern angeordnet sind (Fachbuch: Bauelemente der ölhydraulik, H. Zoebl, Springer-Verlag Wien, 1963, S. 149 und Fachbuch: Bauelemente der ölhydraulik Teil II, Steuerungen und Zubehör, Krausskopf-Verlag, Mainz 1974, S. 95).

Eine weitere Verbesserung der Wirkungsweise des hydraulischen Senkbrems-Sperrventils wird gemäß Ansprach 2 dadurch erreicht, daß der Brems-Sperrkolben im Bereich seines Sitzes und im Bereich des Druckfeder-Raumes den selben Durchmesser besitzt

Die Zeichnung zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch eine Ausführungsform des Senkbrems-Sperrventils nach der Erfindung, welches schematisch mit einer entsprechenden Hydraulikanlage kombiniert hL

Das hydraulische Senkbrems-Sperrventil weist ein Gehäuse 1 mit einem Verbraucheranschluß 2, einem Ablaufanschluß 3 und einem Steueranschluß 4 auf.

Im Innern des Gehäuses 1 befinden sich ein Brems-Sperrkolben 5, welcher in einer Sitzbuchse 6 und einer Führungsbuchse 7 axial verschiebbar ist, sowie ferner ein Öffnungskolben 8 mit einem Stöße! 9. Der Brems-Sperrkolben 5 wird durch eine Druckfeder 10 über einen Federteiler 11 in die gezeichnete Ruhestellung gedrückt. Dabei liegt er mit einem im Durchmesser etwas größeren kegeligen Bund 12 auf der Führungsbuchse an und sperrt die Verbindung vom Verbraucheranschluß 2 zum Ablaufanschluß 3 leckfrei ab.

In einer axial verlaufenden Bohrung 13 im Innern des Brems-Sperrkolbens 5 befindet sich ein Rückschlagventil 14, bestehend aus einer Kugel 141, einen sie belastenden Federteller 142, einer auf diesen wirkenden Druckfeder 143 uni einen Federring 144; gegen welchen sich das andere Ende der Druckfeder 143 abstützt, und welcher in einer Nut in der Bohrung 13 eingelassen ist.

An seinem Umfang weist der Brems-Sperrkolben 5 eine axial verlaufende Kerbe 15 auf, welche eine Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluß 2 und einem Druckfeder Raum 16 herstellt, in -welchem sich die Druckfeder 10 befindet.

Im Federteller 11 ist eme Axialbohrung 17 angebracht, weiche den Druckfeder-Raum 16 mit der Bohrung 13 verbindet, so daC der im ersteren herrschende Druck sich auf den Federteller 142 und damit die Kugel 141 des Rückschlagventils 14 auswirken kann.

Der an den Verbraucheranschluß 2 angeschlossene Verbraucher ist als doppeltwirkendes, unter Wirkung äußerer Kräfte wie öeispielsweise eines Gewichtes stehendes Zylinderkolbenaggregat 18 dargestellt, das über ein Vierwegeventil 19 gesteuert wird. Dieses ist einerseits mit einer Pumpe 20 mit Überdruckventil 201 sowie mit einem Rücklauf 21 und andererseits über Leitungen 22 und 23 mit dem Zylinderkolbenaggregat verbunden, wobei die Leitung 22 auf die Oberseite, die Leitung 23 auf die Unterseite des Kolbens des Aggregates 18 führt. In der Leitung 23 befindet sich zwischen den Anschlüssen 2 und 3 des Senkbrems-Sperrventiles ein Rückschlagventil 24. welches Hydraulikflüssigkeit in Rieh-Hing zum Aggregat 18 durchströmen läßt, in der Gegenrichtung jedoch sperrt, S'j daß die Rückströmung den Weg über das Senkbrems-Sperrventil nehmen muß.

Von der Leitung 22 zweigt zwischen dem Vierwegeventil 19 und dem Aggregat 18 eine Steuerleitung 25 zum Steueranschluß 4, der zum Öffnungskolben 8 führt.

Das dargestellte Senkbrems-Sperrventil arbeitet wie folgt:

Im in der Figur eingezeichneten Zustand wirkt wegen der durch die axial verlaufende Kerbe 15 gebildeten Verbindung vom Verbraucheranschluß 2 zum Druckfederraum 16 zusätzlich zur Kraft der Druckfeder 10 noch der Lastdruck des Verbrauchers auf den Federteller 11 und damit auf die obere Stirnfläche des Brems-Sperrkolbens 5, so daß er wie ein Rückschlagventil bei steigendem Druck auch stärker auf seinen Sitz gepreßt wird. Zum Ausfahren, d. h. gemäß Darstellung zur Aufwärtsbewegung des Kolbens des Zylinderkolbenaggregats 18 wird das Vierwegeventil 19 nach rechts verschoben, wodurch die Pumpe 20 in die Leitung 23 fördert, während die Leitung 22 mit dem Rücklauf 21 verbunden ist Das Rückschlagventil 24 zur Umgehung des Brems-Sperrventiles kann entweder in eir^m separaten Gehäuse angeflanscht, oder wie gestrici;s!i angedeutet in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Brems-Sperrventi! angeordnet sein. Da die Druckflüssigkeit auf dem kürzesten Weg über das Rückschlagventil 24 zum Verbraucher gelangt, entsteht nur ein kleiner Druckveriust im Ventil. Zum Einfahren, im gezeigten Ausführungsbeispiel also zum Absenken des Kolbens des Zylinderkolbenaggregates 18, wird nun das Vierwegeventil nach links verschoben, so daß die Pumpe 20 nun in die Leitung 22 fördert, während die Leitung 23 mit dem Rücklauf 21 verbunden ist. Da sich der Brems-Sperrkolben 5 noch in Schließstellung befindet, das Aggregat noch keine Bewegung ausführen kann, baut sich in der Leitung 22 ein Druck auf, welcher über die Steuerleitung 25, das Filterelement 26 und eine auswechselbare Düse 27 auf die untere Seite 28 des Öffnungskolbens 8 einwirkt. Dieser bewegt sich somit nach oben und öffnet dabei zunächst mit dem Stößel 9 durch Anheben de· Kugiil 141 das Rückschlagventil 14, wodurch sich der Lastdruck im Druckfeder-Raum 16 auf den Druck im Anschluß 3 abbau¹, da durch die axial verlaufende Kerbe 15 nur wenig Druckflüssigkeit in den Druckfeder-Raum 16 einströmt. Der Brems-Sperrkolben 5 ist nun also beidseitig druckausgeglichen und wird nur noch durch die Kraft der Druckfeder 10 nach unten gedruckt. Da der Durchmesser des Brems-Sperrkolbens 5 im Bereich der Sitzbuchse 6 und der Führungsbuchse 7 derselbe ist, kann der Lastdruck im Verbraucheranschluß 2 keine Axialkraft auf den Brems-Sperrkolben 5 ausüben, so daß der Öffnungsdruck nur noch von der Druckfeder 10 abhängt. Da die Kraft der Druckfeder 143 kleiner ist als die Kraft der Druckfeder 10, legt sich der Öffnungskolben 8 mit seiner oberen Stirnfläche 29 schließlich an den Brems-Sperrkolben 5 an und hebt diesen bei weiterem Druckanstieg in der Leitur.5 25 von seinem Sitz ab. D'e gleichmäßig am Umfang des Brems-Sperrkolbens verteilten, konischen Axialke'ben 30 öffnen nun progressiv einen Querschnitt zwischen dem Anschluß 2 und 3, jedoch nur soweit, bis der Druc* unter dem Öffnungskolben 8 gerade ausreicht, um diese Stellung gegen die Kraft der Druckfeder 10 zu halten. Jede Änderung der Zulaufmenge in der Leitung 22 verändert somit auch den Abflußquerschnitt zwischen dem Anschluß 2 und 3, wobei auch Laständerungen automatisch berücksichtigt werden. Somit ist die Einliihrgesohwindigkeit des Kolbens des Aggregates 18 nur noch von der Zulaufmenge abhängig und kann durch das Vierwegeventil 19 beliebig geregelt werden. Durch die Düse 27 kann die Beschlcu-

nigung und Verzögerung der Einfahrbewegung beliebig gedämpft werden. Die Verzögerung ist auch dann noch wirksam, wenn das Vierwegeventil plötzlich in die Nullstellung (d. h. in die Stellung gemäß Zeichnung) geschaltet wird, da durch die dann bestehende Verbindung 191 der Leitungen 21 und 22 mit dem Rücklauf sowohl Druckflüssigkeit in den Rücklauf verdrängt als auch aus diesem nachgesaugt werden kann. Wird das Brems-Sperrventil direkt am Verbraucher angebaut, dann arbeitet es auch als Rohrbruchventil, d. h. bei einem Rohrbruch wird die Last ebenfalls gedämpft abgebremst.

Ein weiterer Vorteil ist, daß auch bei einem Bruch der Druckfeder 10 das Brems-Sperrventil schließt oder geschlossen bleibt, weil das Rückschlagventil 14 durch seine Feder 143 geschlossen wird, und somit die durch die axial verlaufende Kerbe 15 in den Druckfeder-Raum 16 nachströmende Druckflüssigkeit den Brems-Sperrkolhpn 5 heiastet und ihn dem sich zurückziehenden Öffnungskolben 8 nachschiebt. Dies ist deswegen möglich, weil dann die Feder 143 allein noch wirksam ist, da ja die Druckfeder 10 ausfällt. Die Feder schiebt dann den Ring 144 und damit den Brems-Sperrkolben 5 nach oben, bis dessen unteres Ende die allenfalls auf dem Stößel 9 aufsitzende Kugel 141 erfaßt, wodurch das Rückschlagventil 14 schließt und ein weiteres Abströmen von Druckflüssigkeit aus dem Druckfeder-Raum 16 bzw. der Bohrung 13 verhindert Da beim Anheben des Brems-Sperrkolbens 5 der Verbraucheranschluß 2 mit dem Rücklauf verbunden wird, sinkt der Kolben des Aggregates 18 ab, womit auch der Druck in der Leitung 22 trotz laufender Pumpe abnimmt. Diese Druckabnahme wirkt sich auch in der Leitung 25 und im Steueranschluß 4 aus, so daß der Öffnungskolben 8 sich nach unten bewegt Da nach Schließen des Rückschlagventils 14 gleichzeitig der Druck im Druckfeder-Raum 16 wieder auf denjenigen im Verbraucheranschluß 2 ansteigt, schiebt dieser Druck den Brems-Sperrkolben 5 hinter dem absinkenden Öffnungskolben bis zum Aufsitzen auf die Sitzbuchse 6 nach, womit das Senkbrems-Sperrventil geschlossen ist.

Durch die dargestellte Vorentlastung des Brems-Sperrkolbens über das Rückschlagventil 14, dessen Sitzfläche ca. 40mal kleiner ist als die Fläche 28 des Öffnungskolbens 8. hat der Lastdruck praktisch keinen Einfluß auf den öffnungsdruck. Dieser wird somit nur durch die Vorspannung der Druckfeder 10 beliebig festgelegt, was z. B. bei Hydromotoren die Möglichkeit bietet, eine bei solchen wegen der Leckgefahr üblicherweise vorhandene, hydraulisch zu lüftende Bremse im genau richtigen Zeitpunkt d. h. genau bei Beginn der Bewegung des Hydromotors zu lüften, um einen Druckanstieg (bei zu später Lüftung) oder einen Rücklauf des Motors (bei zu frühem Lüften) zu vermeiden.

Falls beim angeschlossenen Verbraucher 18 die an ihn angreifenden Kräfte ihre Richtung während seiner Bewegung ändern, was beispielsweise beim Durchfahren eines in einer Vertikalebene bewegbaren Schwenkarmes durch einen seiner Totpunkte der Fall ist, müßte in jeder zum Verbraucher führenden Leitung ein Senkbrems-Sperrventil eingebaut sein, wobei es dann möglieh wäre, diese zusammen mit dem zu jedem Ventil gehörenden Rückschlagventil 24 in einem einzigen Gehäuse unterzubringen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisches Senkbrems-Sperrventil zur lastunabhängigen Geschwindigkeitsregelung eines angeschlossenen, durch äußere Kräfte belasteten und als doppelt wirkendes Zylinderkolbenaggregat ausgebildeten Verbrauchers, mit einem in geschlossener Stellung unter dem Druck im Verbraucher stehenden, leckfrei dichtenden Sperrventil und einem dieses zur Durchführung der genannten Regelung aus dieser Schließstellung abhebenden und sich dabei gegen einen Brems-Sperrkolben des Sperrventils anlegenden Öffnungskolben, wobei Brems-Sperrkolben in der abgehobenen Stellung als Drosselkolben zwischen einem Verbraucheranschluß und einem Ablaufanschluß wirkt und eine Drosselverbindung zwischen dem Verbraucheranschluß und dem die Druckfeder enthaltenden Druckfeder-Raum vorgesehen isj, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselverbindung als axial in der Mantelfläche des Brems-Sperrkolbens (5) verlaufende Kerbe (15) mit einem gegen den Druckfeder-Raum (16) hin abnehmenden Querschnitt ausgebildet ist, so daß bei engstem Drosselquerschnitt der Druck im Druckfeder-Raum (16) nach öffnung c"es Rückschlagventils (14) auf den Ablaufdruck abnimmt

2. Hydraulisches Senkbrems-Sperrventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brems-Sperrkolben (5) im Bereich seines Sitzes (Sitzbuchse 6) und im Be.jich des Druckfeder-Raumes (16) (Führungsbuchse 7) den selben Durchmesser besitzt.