DE3105408A1

DE3105408A1 - Bremsventil fuer hydraulische antriebe

Info

Publication number: DE3105408A1
Application number: DE19813105408
Authority: DE
Inventors: Maurice Saint Etienne Loire Tardy
Original assignee: Bennes Marrel SA
Current assignee: Bennes Marrel SA
Priority date: 1979-11-09
Filing date: 1981-02-14
Publication date: 1982-09-02
Anticipated expiration: 2001-02-15
Also published as: FR2469597A1; DE3105408C2; IT8119796A0; SE8100960L; FR2469597B1; SE440686B; IT1135497B; CA1188196A; DK58181A

Description

Bremsventil für hydraulische Antriebe

Die Erfindung betrifft ein Bremsventil für hydraulische Antriebe/ bestehend aus einem Ventilgehäuse mit einer vorderen Kammer, welche an ein hydraulisches Antriebsorgan anschließbar ist, einer mittleren Kammer, welche an eine Versorgungsleitung des hydraulischen Antriebsorgans anschließbar ist und über einen durch einen steuerbaren Ventilkörper absperrbaren Ventilsitz mit der vorderen Kammer kommuniziert, und einer hinteren Kammer, welche an eine Steuerleitung anschließbar und durch einen Steuerkolben begrenzt ist, auf den in gleicher Richtung der Druck der mittleren Kammer und in entgegengesetzter Richtung eine Feder wirkt, welche über den Steuerkolben den Ventilkörper in Schließrichtung belastet.

Es ist allgemein bekannt, Bremsventile in die Versorgungsleitungen von Hydraulikaggregaten einzubauen, die schwere Lasten zu heben und zu halten haben. Die Bremsventile sollen ein plötzliches und meistens gefährliches Herabfallen der schweren Last verhindern, wenn im Hydrauliksystem ein Fehler auftritt, z.B. ein Schlauch bricht.

In Verbindung z.B. mit einem doppelt wirkenden hydraulischen Kraftzylinder wird ein derartiges Bremsventil in die Versorgungsleitung der Hauptzylinderkammer des Hydraulikzylinders gelegt, d.h. derjenigen Kammer, welche zum Anheben der Last mit Druck beaufschlagt wird. Normalerweise wird dann das Bremsventil durch den Druck gesteuert, welcher in der anderen Kammer, d.h. meistens der Ringkammer, des Hydraulikzylinders herrscht, wobei die Anordnung so getroffen wird, daß sich das Bremsventil nur in dem Maße öffnen kann, wie die ringförmige Kammer des KraftZylinders unter Druck gesetzt wird. Parallel zu jedem Bremsventil wird

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gewöhnlich ein Rückschlagventil angeordnet, welches Hydraulikflüssigkeit nur in Richtung zur Hauptkammer des Kraftzylinders strömen läßt, während das Bremsventil selbst bei ganz geöffneter Stellung nur einen stark reduzierten Durchflußquerschnitt bietet.

Die bekannten Bremsventile können nicht angewendet werden bei Hydrauliksystemen mit einer Druckfluidverteilung in

Serie, d.h. bei Hydrauliksystemen mit mehreren hydraulischen Verteilern bzw. Steuerventilen, die als eine einzige Einheit gruppiert sind, wobei der Rücklauf jedes Verteilers mit dem Zulauf des jeweils folgenden Verteilers verbunden ist. Diese Druckfluidverteilung in Serie bietet jedoch mehrere Vorteile. Man erhält dadurch eine bestimmte Interdependenz der verschiedenen Bewegungen einer hydraulisch angetriebenen Vorrichtung. Dies ist z.B. im Falle von Erdbewegungsfahrzeugen, beispielsweise Löffelbaggern mit Gelenkarm, interessant, mit denen gelegentlich mittels der am freien Ende des Gelenkarms angebrachten Schaufel eine Fläche abgetragen werden soll, wobei die Schwenkbewegungen jedes Teils des Arms durch einen besonderen Kraftzylinder gesteuert werden.

Weiterhin gestattet eine Druckfluidverteilung in Serie die Verwendung eines Kraftzylinders als Strömungsverstärker oder Druckverstärker mit Bezug auf einen nachgeschalteten Kraftzylinder mit Auswirkung auf die den jeweiligen Kraftzylindern zugeordneten Teile.

Im übrigen bringt es die Druckfluidverteilung in Serie mit sich, daß während des gleichzeitigen Betriebs mehrerer Verteiler bzw. Steuerventile Druckschwankungen in den Rückleitungen auftreten. Diese Druckschwankungen stören die gewünsehte Funktion der Bremsventile.

Der Erfindung liegt deshalb'die Aufgabe zugrunde, ein Bremsventil zu schaffen, welches für Hydrauliksysteme mit Druckfluidverteilung in Serie geeignet ist, ohne daß dabei Nach-

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teile in Kauf genommen werden müssen, und welches ein gesteuertes Absenken der Last im Falle eines Leitungsbruches gestattet.

Daneben sollte das neue Bremsventil eine Montage unmittelbar an Kraftzylindern zulassen, so daß keine Zwischenleitung erforderlich ist, welche wiederum bruchgefährdet sein könnte.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in entgegengesetzter Richtung dem Druck der mittleren Kammer ausgesetzten wirksamen Flächen des Steuerkolbens und des Ventilkolbens gleich groß sind.

Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird erreicht, daß die Öffnungsstellung des Bremsventils unabhängig ist vom Druck in der mittleren Kammer und folglich nur abhängt von der Kraft der Federvorspannung sowie den Drücken einerseits in der vorderen und andererseits in der hinteren Kammer.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse des Bremsventils unmittelbar oder nur über starre Verbindungsteile, also unter Vermeidung von elastischen Zwischenschläuchen, mit einem Kraftzylinder verschraubbar.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann das vordere, zylindrische Ende des Ventilkörpers mit einer mit der vorderen Kammer in Verbindung stehenden Säckbohrung eine Einrichtung zur Dämpfung der Bewegungen des Ventilkörpers bilden.

Schließlich ist in bevorzugter Ausführung der Erfindung vorgesehen, daß das Gehäuse des Bremsventils ein Rückschlagventil enthält, welches in Strömungsrichtung von der mittleren zur vorderen Kammer Öffnet, aber in Strömungsrichtung vom hydraulischen Antriebsorgan zur mittleren Kammer sperrt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 einen hydraulischen Schaltplan mit einem erfindungsgemäßen Bremsventil,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch einen doppelt wirkenden hydraulischen Kraftzylinder mit einem angebauten Bremsventil gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Bremsventils gemäß Fig. 2 mit Blickrichtung von links,

Fig. 4 Querschnitte durch das Bremsventil nach und 5 Fig. 2 und 3 gemäß Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 6 ein Beispiel einer Arbeitsmaschine, welche

mit Kraftzylindern und zugehörigen erfindungsgemäßen Bremsventilen ausgerüstet ist.

Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Schaltplan, wobei durch das Bezugszeichen 1 derjenige Teil angedeutet ist, welcher das erfindungsgemäße Bremsventil darstellt. Im übrigen handelt es sich um ein herkömmliches Schaltschema. Die Erfindung beschränkt sich auf den Aufbau des nachstehend im einzelnen beschriebenen Bremsventils.

Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich, liegt parallel zur steuerbaren Durchflußöffnung des Bremsventils ein Rückschlagventil 2, welches in das Gehäuse des Bremsventils integriert ist.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das hydraulische Antriebsaggregat ein doppelt wirkender Zylinder 3, der mit Hilfe eines Verteilers bzw. Steuerventils 4 gesteuert wird. Das Bremsventil liegt in der Druckfluidversorgungsleitung 5 zur Hauptkammer 6 des Kraftzylinders 3 und wird mittels einer Steuerleitung 7 gesteuert, die mit der ringförmigen

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zweiten Zylinderkammer 8 des Kraftzylinders verbunden ist. Mittels geeigneter Anschlußstellen können zwei Manometer 9 und 10 zu beiden Seiten des Bremsventils angeschlossen werden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, enthält das Gehäuse 11 des Bremsventils im wesentlichen drei Kammern, nämlich eine vordere Kammer 12, eine mittlere Kammer 13 und eine hintere Kammer Die vordere Kammer 12 ist mit der Einlaßöffnung der Hauptkammer 6 des Kraftzylinders 3 verbunden. Die Zwischenkammer 13 steht mit der vom Verteiler 4 kommenden Versorgungsleitung 14 in Verbindung und kann über einen Ventilsitz 15, der durch einen Ventilkörper 16 verschließbar ist/ mit der vorderen Kammer 12 verbunden werden. Die hintere Kammer 17 hat Ringform und wird durch einen Steuerkolben 18 begrenzt. Sie ist mit der·Steuerleitung 7 verbunden, die wiederum mit derjenigen vom.Verteiler 4 kommenden Versorgungsleitung 19 in Verbindung steht, welche zur ringförmigen Zylinderkammer des Kraftzylinders 3 führt.

Der Ventilkörper 16 gliedert sich von hinten nach vorn in folgende Abschnitte: Einen hinteren zylindrischen Endteil 20, welcher in einer insgesamt mit 21 bezeichneten Haube sitzt, einen kegeligen Abschnitt 22, der sich nach vorn verjüngt und so bemessen ist, daß in der vorderen Endstellung des Ventilkörpers 16 der Ventilsitz 15 vollständig abgesperrt wird, weiterhin ein stangenförmiges Verbindungsteil 23 und schließlich ein vorderes zylindrisches Endteil 24, welches mit einem so bemessenen Spiel in einer zur vorderen Kammer 12 offenen Sackbohrung 25 geführt ist, daß an deren Grund eine Dämpfungskammer gebildet ist, welche für Dämpfung der Bewegungen des Ventilkörpers sorgt. Zur Vereinfachung der Herstellung sind die Sackbohrung 25 und der Ventilsitz 15 an einem gemeinsamen kartuschenförmigen Teil 26 ausgebildet.

Der Steuerkolben 18, welcher koaxial zum Ventilsitz 15 angeordnet ist, hat einerseits ein vorderes zylindrisches Endteil 27, welches in einer Bohrung 28 im Ventilgehäuse gleitend geführt ist, und andererseits ein hinteres zylindri'-

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sches Endteil 29 größeren Durchmessers/ welches in einer entsprechenden Bohrung 30 des Ventilkörpers gleitend geführt ist. Die Bohrung 28 mündet vorn in der mittleren Kammer 13, wobei das vordere Ende des Steuerkolbens 18 über eine dort gehaltene Kugel 31 gegen die Rückseite der Haube 21 drückt. Die hintere Kammer 17 wird begrenzt durch eine nach vorn weisende ringförmige Stufenfläche 32 des Steuerkolbens 18, welche den übergang zwischen dem vorderen Endteil 27 und dem hinteren Endteil 29 bildet.

Die Besonderheit des beschriebenen Bremsventils besteht darin, daß der mit 28a bezeichnete Durchmesser der Bohrung 28 genau gleich ist dem mit 22a bezeichneten Durchmesser der kreisförmigen Berührungslinie zwischen dem kegelförmigen Teil 22 des Ventilkörpers 16 und dem Ventilsitz 15.

Eine Feder 33 drückt gegen die Rückseite des Steuerkolbens 18 und wirkt dadurch ständig in Schließrichtung des Ventils 15,16. Eine Stellschraube 34 gestattet die Einstellung einer bestimmten Vorspannung der Feder 33.

Das in das Gehäuse 11 des Bremsventils eingebaute Rückschlagventil 2 ist im Prinzip herkömmlicher Art und so angeordnet, daß es lediglich einen Durchfluß von der mittleren Kammer 13 zur vorderen Kammer 12 zuläßt.

Das Ventilgehäuse 11 kann entweder unmittelbar mit dem mit 35 bezeichneten Gehäuse des Kraftzylinders 3 verschraubt werden oder auch mit einer Zwischenplatte 36, welche ihrerseits dann mit dem Gehäuse 35 verschraubt ist. In beiden Fällen bedarf es keines flexiblen Zwischenschlauchs zwischenker vorderen Kammer 12 des Bremsventils und der Hauptkammer 6 des Kraftzylinders 3.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremsventils ist wie folgt:

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Um den Kraftzylinder 3 auszufahren, wird das Steuerventil 4 in diejenige Stellung gebracht, in welcher sein Ausgang 14 und damit auch die mittlere Kammer 13 Druckfluid erhält. Der Druck bewirkt das öffnen des Rückschlagventils 2 (vgl. Pfeil 37 in Fig. 4), und das Druckfluid strömt dann in Richtung zur Hauptkammer 6 des Kraftzylinders 3.

Um den Kraftzylinder 3 wieder einzufahren, bringt man das Steuerventil 4 in diejenige Stellung, bei welcher sein Ausgang 19, der mit der ringförmigen Kammer 8 des Kraftzylinders 3 verbunden ist, Druckfluid erhält. In dieser Steuerstellung wird gleichzeitig auch die hintere Kammer 17 über die Steuerleitung 7 mit Druck beaufschlagt. Da der Ventilkörper 16 des Bremsventils nur solange in dichter Anlage am Ventilsitz 15 bleiben kann, wie von hinten allein die Kraft der Feder 33 wirkt, führt die Druckbeaufschlagung der hinteren Kammer 17 dazu, daß der Ventilkörper 16 durch den Druck in der vorderen Kammer 12 nach hinten verschoben und dadurch das Ventil 15, 16 geöffnet wird, so daß sich die Hauptkammer 6 des Kraftzylinders 3 über die vordere Kammer 12, die mittlere Kammer 13 und den Anschluß 14 des Steuerventils 4 entleeren kann.

Der wesentliche Vorteil des neuen Bremsventils besteht darin, daß bei gleichen Durchmessern 28a und 22a die jeweils auf den Ventilkörper 16 und den Steuerkolben 18 wirkenden Axialkräfte und folglich auch die Stellung dieser Teile vollkommen unabhängig ist vom Druck in der mittleren Kammer 13, so daß sich nur folgende Kräfte auf die Schließ- und Öffnungsstellung des Bremsventils auswirken: Erstens die Kraft der Feder 33, zweitens der auf den Ventilkörper 16 wirkende Druck der vorderen Kammer 12 und drittens der auf den Steuerkolben T-8 wirkende Druck der hinteren Kammer 17.

Es ist in diesem Zusammenhang besonders zu bemerken, daß im Falle hydraulischer Systeme mit Druckfluidverteilung in Serie die Druckschwankungen am Ausgang eines hinteren Verteilers

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nicht die Funktionsweise eines weiter vorn angeschlossenen Verteilers und der zugehörigen hydraulischen Aggregate stören können.

Im übrigen kann durch geeignete Einstellung der Vorspannung der Feder 33 das Bremsventil auch gleichzeitig als überdruckventil verwendet werden. Wenn in diesem Fall der Druck in der vorderen Kammer 12 zu groß wird, kann der Ventilkörper 16 auch dann, wenn die hintere Kammer 17 nicht mit Druck beaufschlagt ist, durch den Druck in der vorderen Kammer 12 in Öffnungsrichtung verschoben werden.

Um die Wirksamkeit des neuen Bremsventils noch besser verstehen zu können, soll nachstehend seine Funktion im Fall eines plötzlichen Bruchs der Schlauch- oder Leitungsverbindung 5, welche das Steuerventils 14 mit der mittleren Kammer 13 verbindet, untersucht werden.

Es sei zunächst angenommen, daß der Bruch in einer Arbeitsphase eintritt, wo der Kraftzylinder 3 unter Last stillsteht. Der Kraftzylinder hält also eine bestimmte Gewichtsbelastung, welche die Tendenz hat, ihn zusammenzudrücken. Unter diesen Bedingungen steht die hintere Kammer 17 nicht unter Druck, und demnach hält die Feder 33 den Ventilkörper 16 in Anlage am Ventilsitz 15, d.h. das Ventil bleibt geschlossen. Man sieht also, daß trotz des Druckibfalls in der mittleren Kammer 13 bis auf den Umgebungsdruck der Kraftzylinder seine Stellung beibehält. Eine Verschiebung des Ventilkörpers 16 in Öffnungsrichtung würde theoretisch nur dann stattfinden, wenn der Druck in der vorderen Kammer 12 die Kraft der Feder 33 überwiegt, aber von dieser hypothetischen Annahme kann abgesehen werden, weil unter diesen Umständen die Last vorher hätte überhaupt nicht angehoben werden können.

Weiterhin soll auch noch der Fall untersucht werden, wo der Leitungsbruch während der Kontraktion des Kraftzylinders 3 eintritt. Da in dieser Phase das Steuerventil 4 die ring-

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förmige Kammer 8 des Kraftzylindors mit Druck beaufschlagt, steht auch die hintere Kammer 17 des Bremsventils unter Druck und der Ventilkörper 16 befindet sich mit Bezug auf den Ventilsitz 15 in einer Öffnungsstellung. Unter diesen Umständen senkt sich die Last weiter ab, aber mit einer gesteuerten Sinkgeschwindigkeit, welche vom gesteuerten Öffnungsgrad des Bremsventils 15, 16 abhängt. Selbstverständlich geht bei diesem Vorgang das Hydrauliköl aus der Hauptkammer 6 des Kraftzylinders 3 verloren, weil es aus der Bruchstelle der Leitung ausströmt. Die Bedienungsperson hat jedoch jederzeit die Möglichkeit, die Kontraktion des Kraftzyünders 3 anzuhalten. Hierzu genügt es, die Druckölzufuhr zur ringförmigen Kammer 8 des Kraftzylinders zu stoppen. Durch den dann in der hinteren Kammer 17 eintretenden Druckabfall wird der Ventilkörper 16'durch die Feder 33 wieder gegen den Ventilsitz 15 gedrückt.

Bremsventile der vorstehend beschriebenen Art eignen sich besonders zur Verwendung bei Erdbewegungsfahrzeugen, wie z.B. dem in Fig. 6 gezeigten Löffelbagger. Letzterer hat einen Gelenkarm 38, der durch Kraftzylinder 39 und 40 bewegt wird. Es sei angenommen, daß für die Steuerung dieser Kraftzylinder eine Druckfluidzufuhr in Serie gewählt ist, um eine bestimmte gegenseitige Abhängigkeit der verschiedenen Bewegungen des Arms zu .erhalten. Dies ist z.B. zweckmäßig bei dem in Fig. gezeigten Abarbeiten einer Arbeitsfläche 41 mit Hilfe eines am freien Ende des Gelenkarms angebrachten Löffels 42. Hierbei beeinflussen sich die Druckfluidströme der Kraftzylinder 39 und 40 gegenseitig.

Aus den vorstehenden Erläuterungen geht hervor, daß das neue Bremsventil insbesondere aus folgenden Gründen für Kraftantriebe bestens geeignet ist:

Das Ventil läßt sich unmittelbar an einem Kraftzylinder oder einer damit fest verbundenen Halterung anbringen, und es ist in der Lage, die Bewegung des Kraftzylinders im Falle eines Leitungsbruchs selbst dann vollständig anzuhalten, wenn der

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Kraftzylinder unter Last steht. Es gibt keine flexible Schlauchverbindung zwischen dem Kraftzylinder und dem Bremsventil. Nach einem Leitungsbruch besteht aber auch wahlweise die Möglichkeit, eine vorher angehobene Last durch gesteuerte öffnung des Bremsventils langsam zum Boden herabzulassen.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

Frankfurt/Main Staufenstraße 36

Anm. :

Bennes Marrel S.A.
Zone Industrielle

Andrezieux Boutheon/Loire
Frankreich

Patentansprüche

/ 1.JBremsventil für hydraulische Antriebe, bestehend aus einem Ventilgehäuse mit einer vorderen Kammer, welche an ein hydraulisches Antriebsorgan anschließbar ist, einer mittleren Kammer , welche an eine Versorgungsleitung des hydraulischen Antriebsorgans anschließbar ist und über einen durch einen steuerbaren Ventilkörper absperrbaren Ventilsitz mit der vorderen Kammer kommuniziert, und einer hinteren Kammer, welche an eine Steuerleitung anschließbar und durch einen Steuerkolben begrenzt ist, auf den in gleicher Richtung der Druck der mittleren Kammer und in entgegengesetzter Richtung eine Feder wirkt, welche über den Steuerkolben den Ventilkörper in Schließrichtung belastet, dadurch gekennzeichnet, daß die in entgegengesetzter Richtung dem Druck der mittleren Kammer (13) ausgesetzten wirksamen Flächen des Steuerkolbens (18, 27) und des Ventilkörpers (16) gleich groß sind.
2. Bremsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (18) und der Ventilkörper (16) koaxial angeordnet sind.

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3. Bremsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurc h gekennzeichnet , daß der Steuerkolben (18) als Stufenkolben ausgebildet ist, wobei der Druck der mittleren Kammer (13) die kleinere Stirnfläche (bei 27) und der Druck der hinteren, als Ringkammer ausgebildeten Kammer (17) eine Stufenfläche (32) beaufschlagt.
4. Bremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (16) im Bereich (22) des Ventilsitzes (15) kegelig ausgebildet ist.
5. Bremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne.t, daß sein Gehäuse (11) unmittelbar oder nur über starre Verbindungsteile (36) mit einem Kraftzylinder (3, 35, 39, 40) verbindbar ist.
6. Bremsventil .nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere , zylindrische Ende (24) des Ventilkörpers (16) mit einer mit der vorderen Kammer (12) in Verbindung stehenden Sackbohrung (25) eine Einrichtung zur Dämpfung der Bewegungen des Ventilkörpers (16) bildet.
7. Bremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,· daß sein Gehäuse (11) ein Rückschlagventil (2) enthält, welches in Strömungsrichtung von der mittleren Kammer (13) zur vorderen Kammer (12) öffnet.

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