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Sicherungsvorrichtung mit Steuereinrichtung bei einfach wirkenden
Druckzylindern.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherungsvorrichtung mit Steuereinrichtung
bei einfach wirkenden Druckzylindern zur Verhinderung von durch Druckverlust hervorgerufenem
Lastabfalle Bei Schwerlastfahrzeugen, die heute zum Teil mit sehr vielen Achsen
versehen sind, muß die Last und damit die Kraft über die Räder übertragen und verteilt
werden, da jedes einzelne Rad nur eine bestimmte Radlast tragen darf. Hierfür sind
Achsausgleichzylinder vorgesehen, die meistens in Gruppen geschaltet sind Diese
Achsausgleichzylinder sind üblicherweise in Gruppen geschaltet, beispielsweise bei
der bekannten Dreipunktabstützung, und die einzelnen Gruppen sind mit einem ölstrom
verbunden. Wenn bei diesen Zylindern irgendwo ein Schlauch, oder ein Rohr oder ein
Zylinder selbst platzt oder undicht wird, fällt das gesamte Stützlager zusammen.
bei Transporten, insbesondere
wenn sie große Lasten tragen, kommt
dann die Ladung ins Rutschen und es kann passieren, daß das Fahrzeug umkippt.
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Um dies zu vermeiden, werden zur Zeit angebaute Rohrbruchventile als
Steuerventile verwendet, die bei Überschreiten einer bestimmten Strön.ngsgeschwindigkeit
schließen und die ölzufuhr sperren. Ein solches Rohrbruchventil arbeitet aber nur
bei plötzlichem Entweichen des Öls, das heißt also, nur bei totalem Leitungs- oder
Zylinderbruch, nicht aber bei einem langsamen Austritt und langsamem Absacken, beispielsweise
bei Leckverlusten im System, da die verblockten Zylinder mit einer Zuleitung gespeist
werden. Dadurch ist de ganze Steuerung strömungsabhängig, so daß die Fahrgeschwindtgkeit
eingeht, nicht aber Lecköl. Wenn daher das Fahrzeug mit einer Leckstelle im Hydrauliksystem
einige Zeit, z. B. über Nacht steht, sackt es ab und kann unter Umständen umkippen.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Sicherungsvorrichtung bei einfach
wirkenden Druckzylindern zu schafen, die sowohl bei Bruch einer Zuleitung oder eines
Zfylinders, also bei plötzlichem Druckabfall, als auch bei Auftreten von Leckverlusten
an irgendeiner Stelle des Systems einwandfrei funktioniert und alle Möglichkeiten
des Undichtwerdens umfaßt sowie weitgehend strömungsunabhängig ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Sicherungsvorrichtung
gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im Kreislauf des Druckmediums ein Arbeitskreis
und ein davon getrennter Steuerkreis angeschlossen ist.
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Der Arbeitskreis besteht im wesentlichen aus einem Arbeitszylinder
mit Arbeitskolben und der Steuerleis besteht im wesentlichen aus einem Steuerzylinder
und Steuerkolben.
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Die Steuereinrichtung besteht aus einem Steuerventil, das sowohl dem
Arbeitskreis als auch dem Steuerkreis zugeordnet sein kann. Dies ist der Fall, wenn
sowohl der Arbeitskolben als auch der Steuerkolben von einer Zentralpumpe aus mit
Druckmedium gespeist werden. Bei einem System mit Druckspeicher ist das Steuerventil
im Steuerkreis angeordnet.
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Das in beiden Kreisen arbeitende Steuerventil kann ein durch das Druckmedium
gesteuertes Wegeventil, wie beispielsweise ein doppeltwirkender Steuerschieber,
sein, von dem ein Ventilkopf dem Arbeitskreis und der andere Ventilkopf dem Steuerkreis
zugeordnet ist. Zu dem Arbeitskreis dieses Systems gehört eine zum Arbeitskolben
führende Zuleitung und eine gesonderte, zum Steuerkolben führende Zuleitung für
das Druckmedium. Die beiden Kreise sind über das Steuerventil, bzw. den Steuerschieber
miteinander verbunden. Sie arbeiten unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit und
da sie parallel fahren, treten keine Druckdifferenzen auf. Die Speisung erfolgt
durch eine zentrale Pumpe.
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Andererseits kann das Steuerventil nur an der Steuerleitung angeschlossen
sein, wobei dann das Zweikreissystem mit Druckspeicher arbeitet.
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Durch ein solches Zweikreissystem, bei dem zwei unabhängig voneinander
gesteuerte UlkreisläuSe vorgesehen sind, ist es gleichgültig, ob im System das Druckmedium
schnell oder langsam entweicht. In jedem Fall sorgt das Steuerventil dafür, daß
die erforderliche Sperrung erfolgt und ein Signal dem Fahrer die Panne anzeigt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsbeispiele
dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zweikreissystems
für die Sicherungsvorrichtung; Fig. 2 ein Schaltsystem der Sicherungsvorrichtung;
und Fig. 5 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungs form mit Druckspeicher.
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Der Druckzylinder 1 ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein Achsausgleichzylinder,
wie er bei Lastkraftwagen als Lastaufnahmemittel zwischen den Gelenkaugen 2 und
2a angeordnet ist. Am Boden oder Deckel 7 des Druckzylinders 1 ist ein Steuerventil
4 befestigt, dessen Ventilgehäuse 4a eine Axialbohrung 5 aufweist.
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In dieser Axialbohrung arbeitet ein doppeltwirkender Steuerschieber
6. Gegen jeden Ventilkopf 7 und 8 ist eine Feder 9 bzw. 10 gespannt, deren Funktion
noch erläutert wird. Das Ventilgehäuse 4a ist mit mehreren Bohrungen versehen, die
in die Axialbohrung 5 bzw. aus dieser weg führen. Die Bohrung der Zuführungsleitung
Z für das Arbeitsmedium mündet in den Mittelabschnitt der Axialbohrung 5 zwischen
den Ventilköpfen 7 und 8 des Steuerschiebers 6.
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Aus dem Mittelabschnitt der Axialbohrung 5 führt die Leitung Z1 als
Fortsetzung der Zuführungsleitung Z in den Arbeitszylinder A, der durch das Mantelrohr
11 gebildet ist. Eine zweite Bohrung im Ventilgehäuse 4a rührt aus dem (in Fig.
1 unten dargestellten) Abschnitt zwischen dem Ventilkopf 7 und dem Verschluß der
Axialbohrung 5 in die Leitung Z1 und bildet die Druckausgleichleitung Z2 des Arbeitskreises,
durch die Überdruck aus dem Arbeitszylinder A in das Steuerventil 4 gelangt und
den Steuerschieber 6 verschiebt. Damit ist der Arbeitskreis geschlossen.
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Für den zweiten, den Steuerkreis, ist eine Zuführungsleitung S vorgesehen,
die in die Axialbohrung 5 des Ventilgehäuses 4a über dem Ventilkopf 8 des Steuerschiebers
6 mündet. Aus dem Abschnitt der Axialbohrung, der über diesem Ventilkopf liegt (in
Fig. 1 oben dargestellt), führt eine weitere Bohrung durch das Ventilgehäuse
4a
nach außen, die die ZuSuhrwlgsteitung S mit der Steuerleitung S1 im Deckel 7 des
Druckzylindergehäuses verbindet. Diese Steuerleitung S1 speist den Steuerkolben
15 des Steuerkreises, wie noch-näher erläutert wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind Arbeitszylinder und Steuerzylinder
ineinander gebaut. Eine solche Anordnung ist nicht zwingend, hat aber wesentliche
Vorteile, insbesondere wegen der gedrängten Baumaße.
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Der dem Arbeitskreis zugeordnete Arbeitszylinder A besteht aus dem
Mantelrohr 11, in dem der Arbeitskolben 12 arbeitet. Dieser läuft in an sich bekannter
Weise in einer zwischen Dichtungen1sa und 13b gelagerten Führupgsbüchse 15.
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Der dem Steuerkreis zugeordnete Steuerzylinder besteht aus einer Bohrung
im Arbeitszylinder A, in der der Steuerkolben 15, abgedichtet durch eine mit Dichtung
i6a versehene Führungsbüchse 16 läuft.
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Diese Anordnung-ist folglich so ausgelegt, daß ein-kleiner Steuerkolben
15 in einem großen Arbeitskolben 12 läuft.
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Wie bereits oben ausgeführt ist, mündet die Zuleitung Z1 in den Arbeitszylinder
und die Zuleitung S1 in den Steuerzylinder.
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Damit sind zwei voneinander getrennte Kreise vorgesehen, die zum Druckausgleich
über das Steuerventil miteinander verbunden sindo Die Speisung erfolgt über eine
Zentralpumpe 17 (Fig. 2).
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Wenn das Fahrzeug angehoben wird, fördert die Pumpe 17 durch die Zuleitung
Z und durch die Zuleitung S ein Druclctnedium, wie 51, in den Zylinder, wobei die
Lastaufnahmemittel bis auf die gewünschte Arbeitshöhe auseinandergedrückt werden.
Da die beiden
Kreise im Verbund sind, nehmen sie so viel öl auf
wie sie brauchen. Nach Abschalten der Pumpe herrscht in beiden Kreisen Gleichgewicht
und sie sind unabhängig voneinander im System eingeschlossen. Alle Zylinder können
ausfahren und federn wie es erforderlich ist, denn wenn in einem Zylinder 1 verdrängt
wird, wird es vom anderen Radpaar wieder aufgenommen. Die Summe der ölmenge und
damit der Drucke bleibt immer konstant Durch das Steuerventil 4 sind die beiden
Kreise, d. h. Arbeitskreis und Steuerkreis getrennt und an der einen Seite des Steuerschiebers
6 liegt der Steuerdruck des großen, also des Arbeitszylinders A, während auf der
anderen Seite des Steuerschiebers 6 der Gegendruck des kleinen Zylinders des euerkreises
herrscht.
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Damit ist erreicht, daß auf beiden Seiten der gleiche Steuerdruck
lastet und das- Gleichgewicht hergestellt ist. Dieser Zustand stellt sich beim intakten
System automatisch immer ein.
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Wenn nun beispielsweise das Mantelrohr 11 des Arbeitszylinders A zerstört
wird, bricht der große Druck in diesem Zylinder zusammen und damit auch der Steuerdruck.
Gleichzeitig steigt der Druck im kleinen Steuerzylinder gegenüber dem abfallenden
Druck im Arbeitszylinder A an und der Steuerkolben 15 drückt Öl durch die Leitung
Sl in das Steuerventil, so daß der Druck über dem Ventilkopf 8 ansteigt und den
Steuerscheber 6 nach unten drückt und der Ventilkopf 7 die Leitung Z2 sperrt und
damit den Arbeitszylinder A ausschaltet. Da nun der Druck im großen, dem Arbeitskreislauf
zusammenbricht, schließen auch alle weiteren in.diesem Verbund vorgesehenen Zylinder.
In diesem Augenblick schaltet sich ein Signalgeber, beispielsweise eine Warnlampe
(nicht dargestellt) ein, die dem Fahrer die Panne anzeigt, daß die Radsatz überladen
sind bzw. der Achsausgleich blockiert ist. Das Fahrzeug wird angehalten und der
Zylinder ausgewechselt, um es weder fahrtüchtig zu machen.
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Die beiden Kreise sind also getrennte Systeme, wobei das eine System
zunächst außer Funktion ist0 Wenn das eine System aus irgendeinem Grund ausfällt,
wird das zweite System eingeschaltet, ohne die Funktion des ersten Systems zu übernehmen.
Es löst eine Steuerung aus, die ein Warnsignal abgibt und die Zylinder des defekten
Kreises sperrt.
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Auf diese Weise wird nach Ausfall des Arbeitskreises der Steuerkreis
eingeschaltet, oder umgekehrt, und dieser Ausfall wird dem Fahrer angezeigt. Die
Gefahr, daß sich das Fahrzeug neigt oder umkippt und die Ladung rutscht, wird dadurch
ausgeschaltet.
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Das erfindungsgeniäße Steuersystem funktioniert aber nicht nur bei
Bruch eines Schlauches oder Zylinders, also bei plötzlichem Druckabfall, sondern
auch bei Leckverlusten, also geringen Beschädigungen eines Leitungssystems und langsamem
Absinken des Druckes.
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Wenn beispielsweise ein Schlauch, der an der Zuführungsleitung Z angeschlossen
ist, undicht wird, nimmt das Ölvolumen der zusammengeschlossenen Zylinder im Arbeitskreislauf
ab. Dadurch fährt der Arbeitszylinder A gegenüber dem Steuerkreis allmählich ein,
d. h. der Druck im Arbeitszylinder nimmt allmählich ab.
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Infolgedessen muß im Steuerkreis der Druck entsprechend ansteigen,
was zur Folge hat, daß der Steuerschieber 6 entsprechend dem Druckanstieg verschoben
wird und schließlich die Zufuhr des Arbeitsmediums zum Arbeitszylinder A unterbricht.
Es erfolgt also die gleiche Steuerung und Sperrung und damit Sicherung wie bei Bruch
oder Abschlag. Diese gleiche Wirkung tritt auch ein, wenn ein Leckschaden im zweiten,
also dem Steuerkreis auftritt. Wie bei Bruch tritt auch in diesem Fall der Steuerschieber
6 in Funktion.
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Aufweitungen, die ventuell an den Mantelrohren der Zylinder auftreten,
werden durch die Federvorspannung des Steuerschiebers 6 aufgefangen. Aus diesem
Grund sind die oben erwähnten Federn 9 und 10 im Steuerventil 4 vorgesehen.
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Fig. 2 zeigt ein Schaltschema mit mehreren im Verbund geschalteten
Zylindern AS1, AS2 ... Aus einem Öltank 18 wird durch eine Zentralpumpe 17 in die
Zuleitungen Z und S (eines einzelnen oder) eines im Verbund arbeitenden Zylinders
Öl gepumpt.
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Ein der Zentralpumpe 17 zugeordnetes Ablaßventil V1 bleibt geschlossen.
Ein in der Zuleitung Z eingebautes Sperrventil V2 wird geöffnet, wobei beide Seiten
des Steuerschiebers 6 den gleichen Öldruck erhalten und sich entsprechend der gewünschten
Arbeitshöhe speisen. Bei Erreichen des Endhubes wird die Ö1-pumpe abgestellt und
das Sperrventil V2 geschlossen. Damit ist das Fahrzeug fahrbereit und gegen Lecköl
und/oder Bruch des Zylinders, der Leitungen oder Schläuche gesichert. Die beiden
Kreise, also Arbeits- und Steuerkreis, sind im Gleichgewicht.
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Von der Hauptleitung Z rühren die Leitungen zu den Steuerschiebern
4, 4' bis 4n und zu den Arbeits- und Steuerzylindern AS1, AS2 bis ASn, wobei vor
dem Sperrventil V2 eine Zweigleitung vorgesehen ist.
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Aus diesem Schaltschema wird der Ablaßvorgang deutlich. Hierfür wird
das Ablaßventil Vl geöffnet und Öl strömt von den Z-Anschlüssen der Zylinder über
das Ablaßventil in den Öltank 18 zurück. Dadurch wird die Steuerkolbenseite mit
einem höheren Öldruck beaufschlagt und der Steuerdruck bringt den Steuerschieber
6 im Steuerventil 5 in Sperrstellung, das Sperrventil V2 wird - entweder mechanisch
oder automatisch - geöffnet und nun können beide Kreise absenken.
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Beim Heben des Fahrzeugs ist also das Ablaßventil V1 geschlossen und
das Sperrventil V2 geöffnet. Während der Fahrt sind beide Ventile, also Ablaßventil
V1 und Sperrventil V2 geschlossen und beim Senken sind Sperrventil V2 und Ablaßventil
V1 geöffnet.
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Zwischen den beiden Zuleitungen, die von der Hauptleitung Z ausgehen,
ist hinter dem Sperrventil V2 noch ein auf einen bestimmten Druck ausgelegtes Ausgleichventil
V5 angeordnet. Dieses ist eingeschaltet, um zu vermeiden, daß der Druck gegen unendlich
anläuft. Wenn in einem Zylindersystem ein Bruch auftritt, beispielsweise beim Reißen
des Mantelrohres 11 des Arbeitskolbens A, fällt dieser Zylinder zusammen. Das Steuerventil
schließt zwar, aber der entsprechende Radsatz drückt sich zusammen, wodurch automatisch
der Druck im kleinen System ansteigt. Dies würde gegen unendlich gehen, denn mit
der kleinen Steuerfläche, also mit der kleinen Arbeitsfläche des Steuerkolbens 15
müßte im Druckübers e t zurig sverhältni s die Kraft aufgenommen werden. Dies wird
durch das zwischengeschaltete Ausgleichventil v3 verhindert.
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Es dient als Sicherheitsventil, das bei der Druckeinspeisung automatisch
im Pumpenkreislauf vorhanden ist. Es bleibt immer geschlossen und öffnet nur, wenn
ein bestimmter Druck überschritten wirde Eine zweite Ausftihrungsform der erfindungsgemäßen
Sicherungsvorrichtung ist in Fig. 7 der Zeichnungen dargestellt. Das Prinzip bei
dieser Anordnung ist das gleiche wie bei der ersten AusSuhrungsform, nämlich das
eines Zweikreissystems. Das Segment des Fahrzeuges besteht beispielsweise aus vier
Zylindern X1 bis XtS die im Verbund arbeiten. Jeder Zylinder ist an einem Arbeitskreis
und einem Steuerkreis angeschlossen. Es handelt sich hier um ein System mit Druckspeicher.
Die Steuerleitung arbeitet ebenfalls im Verbund und der Volumenausgleich kann nur
innerhalb dieses Verbundes wirken.
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Die Ausführung des Arbeits- und Steuerkolbens ist anders als diejenige
bei der ersten Ausführungsform und im Steuerkreis ist ein Steuerventil vorgesehen,
also nicht ein Steuerschieber, der dem Arbeits- und dem Steuerkreis zugeordnet ist.
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Das Mantelrohr 20 des Arbeitszylinders wird gegenüber dem feststehenden
Arbeitskolben 22 verschoben. Am Deckel 21 des Mantelrohres 20 ist die Kolbenstange
25a des Steuerkolbens 23 befestigt, die in einer Bohrung 22a an der Oberseite eines
hohlen Arbeitskolbens 22 dichtend geführt ist. Am freien Ende der Kolbenstange 23a
ist ein als Dichtscheibe wirkender Kolbenring 23b angeordnet, der an der Innenwand
des hohlen Arbeitskolbens 22 gleitet. Somit ist der Arbeitskolben gleichzeitig der
Steuerzylinder für den Steuerkolben. Die Kolbenstange 25a ist hohl und weist eine
Austrittsöffnung 24 auS3 die den Innenraum der Kolbenstange, in den eine Ölzuleitung
mündet, mit der Axialbohrung 22b im Arbeitskolben 22 oberhalb des Kolbenringes 25b
verbindet. Aus dem unterhalb des Kolbenringes 25b des Steuerkolbens 25 befindlichen
Raum der Axialbohrung 22b führt eine Bohrung 25 durch die Wand des Arbeitskolbens
22 (die gleichzeitig die Wand des Zylinders des Steuerkolbens 23 ist) in den Arbeitsraum
des Arbeitszylinders.
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Von einer Pumpe P wird das gesamte System gespeist. Im Steuerkreis
ist ein Steuerventil 26 angeordnet, das durch Heben und Senken des Arbeitszylinders
20 betätIgt wird. Dieses Steuerventil ist anders ausgelegt als das Steuerventil
4 der ersten Ausfuhrungsform. Es kann irgendeine an sich bekannte Bauart aufweisen.
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Tritt nun ein Druckabfall im Arbeitskolbenbereich 22 auf, beispielsweise
durch Platzen des Mantelrohres des Zylinders 20 oder durch Leckverlust, drUckt die
Last den Zylinder zusammen, d. h. der Steuerkolben 25 fährt gegenüber dem Arbeitskolben
22 relativ aus. Der Raum unterhalb des Kolbenringes 23b des Steuerkolbens 23 vergrößert
sich und das Druckmedium im Steuerteil
wird verdünnt. Da dabei
der Druck zusammenbricht, schließt das Steuerventil 26.
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Es tritt also hier der umgekehrte Vorgang wie bei Fall 1 auf.
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Dort ist das Steuerventil 4 so ausgelegt, daß es bei Druckanstieg
im Steuerkreis schließt. Im 2. Fall schließt das Steuerventil 26 bei Druckabfall
im Steuerkreis.
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Beide Ausführungsformen sichern die Hydraulik bei unvorhergesehenen
Verlusten des Druckmediums, und zwar sowohl bei plötzlichem als'auch bei langsamem
Druckabfall.
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Die erste Ausführungsforin weist insoweit Vorteile gegenüber der zweiten
Ausführungsform auf, als sie herstellungstechnisch einfacher und wirtschaftlicher
ist. Sie hat nur glatte Bohrungen, die keine besondere Innenbearbeiung erfordern.
Bei der zweiten Ausführungsform müssen Arbeits- und Steuerkolben sorgfältig bearbeitet
sein, da der Kolbenring des Steuerkolbens vollkommen dicht in der Bohrung 22b des
Arbeitskolbens sitzen muß. Beim normalen Fahrbetrieb ist der Druck zu beiden Seiten
des -Kolbenringes konstant. Sobald jedoch an irgendeiner Stelle eine Störung auftritt,
muß der Kolbenring aus seinem Paßsitz verschoben werden können.
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Schließlich ist noch zu bemerken, daß es nicht erforderlich ist, beim
erfindungsgemäßen System ineinander angeordnete Kolben vorzusehen. Auch nebeneinander
geschaltete Arbeits- und Steuerkolben können dem Zweikreissystem angeschlossen werden.
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Das aus Arbeits- und Steuerkreis bestehende Zweikreissystem zur Sicherung
einfach wirkender Druckzylinder, wie sie bei schweren Lasttransporten in Form von
Achsausgleichzylindern verwendet werden, arbeitet einwandfrei und spricht auf alle
Druckänderungen
im System an, um den erforderlichen Druckausgleich
herzustellen und ein Neigen und/oder Kippen der die Ladung tragenden Plattform und
damit ein Abrutschen dieser Ladung zu verhindern. Das Auswechseln des oder der schadhaften
Zylinder bietet keinerlei Schwierigkeiten und eine besondere Wartung des Systems
ist nicht erforderlich.
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Dieses System der Sicherung kann auch in der hydraulischen Verdrängerlenkung
angewandt werden.