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Vorrichtung zur Steuerung hydraulischer Schubkolben-
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getriebe Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung hydraulischer
Schubkolbengetriebe, wie sie in Hubwerken und Messerfich den Verwendung finden,
wobei der von einem Pumpenaggregat gelieferte Fluidstrom gleichmäßig auf die einzelnen
Schubkolbengetriebe verteilt wird.
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Bei Hubwerken, wie sie beispielsweise in Bohrinseln Verwendung finden,
ist es notwendig, die einzelnen Hubstützen gleichmäßig auszufahren, um Verkantungen
der Plattform zu vermeiden.
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Das gleiche Problem tritt bei Messerschilden auf, die für den Vortrieb
von Tunnels, Stollen, Untertagestrecken oder sonstigen Hohlräumen im Erdreich oder
auch für den Grabenvortrieb eingesetzt werden. Bei den bekannten Messerschilden
bildet der Stützrahmen das gemeinsame Widerlager für die hydraulischen Messerzylinder,
mit deren Hilfe die Vortriebsmesser einzeln oder gruppen weise gegen die Ortsbrust
vorpreßbar sind. Sobald im Zuge der Vortriebsarbeit sämtliche Vortriebsmesser vorgepreßt
sind, wird
der Stützrahmen nachgeholt, indem alle Messerzylinder
gleichzeitig in Einschubrichtung vom hydraulischen Druckmedium beaufschlagt werden.
Beim Nachholen des Stützrahmens finden die Messerzylinder ihr Widerlager an den
stehenden Vortriebsmesse, die ihrerseits im Reibkontakt mit dem umgebenden Erdreich
stehen.
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Um beim Nachziehen des Stützrahmens unerwünschte Schrägstellungen
und Verkantungen des Rahmens zu vermeiden und sicherzustellen, daß sämtliche Messerzylinder
auf ihren Kolbenstangenseiten im wesentlichen mit gleichen Mengen beaufschlagt werden,
ist es bekannt, die Steuerung der Messerzylinder als Gleichlaufsteuerung auszubilden,
indem in die zu den Zylinderräumen der Messerzylinder führenden hydraulischen Anschlußleitungen
Stromregelventile eingeschaltet werden. Die hierfür zur Verfügung stehenden Stromregelventile
sind aber nur für hydraulische Arbeitsdrücke bis etwa 300 bar verwendbar. Bei höheren
Arbeitsdrücken sind die Sttemregelventile einem solch hohen Verschleiß ausgesetzt,
däß ihr Einsatz nicht mehr tragbar ist. Andererseits ist es aber bei Messerschilden
wünschenswert, mit erheblich höheren Arbeitsdrücken zu arbeiten, um beim Nachschub
der Vortriebsmesser und insbesondere beim Nachziehen des Stützrahmens große Kräfte
zur Verfügung zu haben.
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Aus der DE-OS 25 46 755 ist eine Messerschild-Steuerung bekannt, bei
der das hydraulische Druckversorgungssystem mehrere, jeweils von einem eigenen Motor
angetriebene Pumpen umfaßt, an deren Pumpenausgänge die einzelnen Messerzylinder
über Stromteilungsventile anschließbar sind. Der Bauaufwand solcher Messerschild-Steuerung
ist verhältnismäßig groß.
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Weiter ist durch die DE-OS 30 19 374 eine Gleichlaufsteuerung für
Messerschilde bekannt, bei der die Steuerventile der Messerzylinder eingangsseitig
einerseits an eine Teilstrom-Druckleitung und andererseits an eine mehrere Teilströme
umfassende Sammeldruckleitung
eines Mehrstrompumpenaggregats angeschlossen
sind.
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Durch Schaltbetätigung der Steuerventile ist es möglich, die Messerzylinder
entweder mit der Sammeldruckleitung oder mit der Teilstrom-Druckleitung zu verbinden.
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Mit dieser Ausgestaltung der Messerschild-Steuerung ist es möglich,
die Vortriebsmesser durch Anschluß der Messerzylinder-Kolbenräume an die Sammeldruckleitung
des Mehrstrompumpenaggregats mit verhältnismäßig großer Vorschubgeschwindigkeit
vorzupressen und den Stützrahmen durch Anschluß der Messerzylinder-Ringräume an
die Teilstrom-Druckleitungen des Mehrstrompumpenaggregats mit kleiner Geschwindigkeit
nachzuziehen. Dabei läßt sich ohne Verwendung von Stromregelventilen eine Gleichlaufsteuerung
verwirklichen, da für das Nachziehen des Stützrahmens sämtliche Messerzylinder-Ringräume
durch die gleichen Mengen-Teilströme des gemeinsamen Mehrstrompumpenaggregats beaufschlagt
werden. Für den Messervortrieb und das Nachziehen des Stützrahmens stehen ausreichend
große Kräfte zur Verfügung, da mit hohen Pumpendrücken, z. B. in der Größenordnung
von 400 bis 500 bar oder darüber, gearbeitet werden kann.
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As Mehrstrompumpenaggregat findet bei einer solchen Anordnung vorzugsweise
eine Vielkolbenpumpe Verwendung. Solche mit Hochdruckradialkolbenpumpen arbeitenden
Anlagen weisen jedoch einige Nachteile auf. So ist beispielsweise als hydraulisches
Druckmedium bei derartigen Anlagen hochwertiges Hydrauliköl erforderlich, da andere
Druckmedien, z. B. Wasser, zu übermäßigem Verschleiß der Dichtstellen solcher Hochdruckpumpen
führen.
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Ein weiterer Nachteil solcher mit Vielstrompumpenaggregaten arbeitender
Anlagen ist darin zu sehen, daß solche Vielstrompumpenaggregate zwar eine Vielzahl
gleicher Teilstrommengen abgeben können; sie sind aber nicht geeignet, die beim
Einfahren (Absenken) der Schubkolbenzylinder anstehenden Rückstromteilmengen zu
regeln. Solche Anlagen sind daher zur Gleichlaufsteuerung von Hubwerken nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für hydraulische
Schubkolbengetriebe zu schaffen, die einerseits einen
Gleichlauf
der Schubkolbengetriebe sicherstellt, andererseits mit minderwertigen Druckmedien
betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen einem
Pumpenaggregat und Schubkolbengetrieben Teilstromsteuerblöcke eingeschaltet sind.
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Solche Teilstromsteuerblöcke sind vorteilhafterweise als Druckübersetzer
ausgebildet, so daß das Pumpenaggregat mit verhältnismäßig niedrigem Druck arbeiten
kann, während auf die Schubkolbengetriebe der gewünschte hohe Druck wirkt. Das mit
verhältnismäßig niedrigem Druck arbeitende Pumpenaggregat gestattet es, die Anlage
mit Wasser als Druckmedium zu betreiben, ohne daß es zu Problemen in den Dichtstellen
der Pumpen kommt.
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Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage sind jeweils mindestens Mfbi
Teilstromsteuerblöcke erforderlich. Ein solcher Teilstrom steuerblock besteht aus
einer Anzahl verhältnismäßig kleiner Dosierzylinder mit beidseitigen Kolbenstangen.
Die Kolbenstangen der Dosierzylinder sind wenigstens auf einer Seite fest verbunden.
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Die Anzahl dieser Dosierzylinder pro Teilstromsteuerblock entspricht
dabei der Anzahl der vorhandenen Schubkolbengetriebe.
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Durch Betätigung vorgeschalteter Steuerventile werden jeweils zwei
entgegengesetzte Ringraumseiten der beiden Teilstromsteuerblöcke mit Druck beaufschlagt,
d. h. die Kolbenstangen der Dosierzylinder des einen Teilstromsteuerblockes fahren
aus und drücken dabei das in ihrem anderen Ringraum befindliche Druckmedium in den
Kolbenraum der Schubkolbengetriebe. Da die Dosierzylinder des Teilstromsteuerblockes
untereinander verbunden sind, wird jedem Schubkolbengetriebe unanhängig von seiner
Auflast die gleiche Flüssigkeitsmenge zugeführt, so daß die Schubkolbengetriebe
gleichmäßig ausfahren. Um eine Vielzahl von Schubkolbengetrieben gleichmäßig auszufahren
ist es möglich, entweder mehrere parallel geschaltete Teilstromsteuerblöcke vorzusehen,
oder einige Teilstromsteuerblöcke so hintereinander zu schalten, daß die aus den
vorliegenden Teilstromsteuerblöcken zufließende Teilstrommenge abermals geteilt
wird.
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Während die Kolbenstangen der Dosierzylinder des einen Teilstromsteuerblockes
ausfahren, fahren die Kolbenstangen der Dosierzylinder des anderen Teilstromsteuerblockes
ein. Die Teilstromsteuerblöcke schalten in ihrer Endlage elektrische Endschalter,
Druckschalter o. ä., die ihrerseits die Steuerventile der Hydraulikanlage derart
umschalten, daß die Teilstromsteuerblöcke entgegengesetzt, d. h. die entgegengesetzten
Ringraumseiten mit Druck beaufschlagt werden. Die Schubkolbengetriebe werden somit
gleichmäßig weiter aus- bzw. eingefahren.
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Da das im Kolbenraum der Schubkolbengetriebe befindliche Druckmedium
sowohl beim Zu- als auch beim Rücklauf über die als Dosiereinrichtung wirkenden
Teilstromsteuerblöcke fließt, gewährleistet die erfindungsgemäße Ausgestaltung den
Gleichlauf der Schubkolbengetriebe sowohl beim Aus- als auch beim Einfahren. Eine
derart gestaltete Steuerung eignet sich deshalb für Hubwerke zum Bewegen von Bauwerken,
wie beispielsweise Brücken, Bohrinseln oder dgl.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung der Teilstromsteuerblöcke
so gestaltet, daß der Kolbenraum der Schubkolbengetriebe unter Zwischenschaltung
weiterer Steuerventile direkt mit dem Pumpenaggregat verbunden ist.
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Eine solche Anordnung ist vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Gleichlaufsteuerung
bei Messerschilden zum Einsatz kommen soll.
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Bei Messerschilden ist bekanntlich Gleichlauf der Schubkolbengetriebe
nur beim Nachholen des Stützrahmens erforderlich, während die Schubkolbengetriebe
der Vortriebsmesser beim Ausfahren einzeln oder in Gruppen ausgefahren werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 eine Hubwerk-Gleichlaufsteuerung
nach der Erfindung in einem Schaltbild, Figur 2 eine Messerschlld-Gleichlaufsteuerung
nach der Erfindung in einem Schaltbild, Figur 3 einen Teilstromsteuerblock.
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Die in Figur 1 im Schaltbild dargestellte Hydraulikanlage weist ein
mit verhältnismäßig niedrigem Druck arbeitendes Pumpenaggregat 2 auf. Das Pumpenaggregat
2 ist über Hydraulikleitungen 3* 4 mit den Teilstromsteuerblöcken 5, 6 verbunden.
In die Hydraulikleitungen 3, 4 sind Steuerventile 7, 8eingebaut. Von der Hydraulikleitung
3 gehen Zweigleitungen 9, 10 ab, die mit Steuerventilen 11 bzw. 12 versehen sind.
Die Hydraulikleitung 4 weist entsprechende Zweigleitungen 13, 14 mit Steuerventilen
15, 16 auf.
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Die Teilstromsteuerblöcke 5, 6 sind mit dem Pumpenaggregat 2 außerdem
über eine Hydraulikleitung 17 bzw. deren Zweigleitungen 18, 19 verbunden. In diesen
Zweigleitungen 18, 19 sind Steuerventile 20, 21 angeordnet. Die Hydraulikleitung
17 ist über die Zweigleitungen 10, 13 auch mit den Hydraulikleitungen 3, 4 verbunden.
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Zum Ausfahren der Schubkolbengetriebe 22 wird das Steuerventil 7 in
Schaltstellung 2, das Steuerventil 8 in Schaltstellung 0 geschaltet. Die Ventile
11, 12, 15, 20, 29 und 31 sind geschlossen, während die Ventile 16 und 21 geöffnet
sind.
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Uber die Leitung 3 gelangt das Druckmedium in die Ringräume 23 der
Dosierzylinder 24, 24'. Die Kolben 25 fahren nach oben und
drücken
das Druckmedium aus den Ring räumen 26 in die Kolbenräume 27 der Schubkolbengetriebe
22. Die Leitung 28 ist dabei über das Ventil 29 verschlossen.
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Da die innerhalb des Teilstromsteuerblockes 5 angeordneten Dosierzylinder
als Druckübersetzer ausgebildet sind, werden die Schubkolbengetriebe 22 mit einem
Druck beaufschlagt, der wesentlich über dem von dem Pumpenaggreqat 2 gelieferten
Druck liegt.
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Gleichzeitig gelangt über die Hydraulikleitung 19 und das geöffnete
Ventil 21 Druckmedium zum Teilstromsteuerblock 6. Da die Leitung 30 durch das Ventil
31 verriegelt ist, drückt das in die Ringräume 32 der Dosierzylinder 33, 33' strömende
Druckmedium die Kolben 34 nach unten und verdrängt die Flüssigkeit aus den Ringräumen
35. Diese Flüssigkeit erlangt über die Leitungen 4, 14 und das geöffnete Ventil
16 in den Tank.
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Durch von den Teilstromsteuerblöcken 5, 6 angesteuerte Endschalter
o. ä. 36 wird ein neuer Füllzyklus einq'leitet. Die Endschalter 36 schalten die
Ventile 7, 8, 11, 16, 20 und 21 um, so daß die Teilstromsteuerblöcke 5, 6 entgegengesetzt
mit Druck beaufschlagt werden und die Schubkolbengetriebe 22 weiter ausgefahren
werden.
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Zum Absenken der Schubkolbengetriebe 22 wird das Steuerventil 7 in
die Schaltstellung 1, das Steuerventil 8 in die Schaltstellung 0 geschaltet. Die
Ventile 11, 12, 16, 20, 21, 29 und 37 sind dabei geschlossen, die Ventile 15 und
31 geöffnet.
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über die Hydraulikleitung 38 werden die Ringräume 39 der Schubkolbengetriebe
22 mit Druck beaufschlagt. Dabei wird gleichzeitig über die Steuerleitung 40 das
Rückschlagventil 41 entsperrt, so daß die Ringräume 26 der Dosierzylinder 24, 24'
mit Flüssigkeit gefüllt werden können. Die nach unten (leitenden Kolben 25 der Dosierzylinder
24, 24' verdrängen die Flüssigkeit aus den Ringräumen 23 über die Leitungen 3, 42
und die Drossel 43.
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Durch das geöffnete Ventil 15 gelangt Druckmedium in die Ringräume
35 der im Teilstromsteuerblock 6 angeordneten Dosierzylinder 33, 33'.
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Die Flüssigkeit aus den Ringräumen 32 kann über die Leitung 30 und
das geöffnete Ventil 31 abströmen.
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Wie bereits beim Vorgang "lieben" beschrieben, schalten auch hier
die Teilstromsteuerblöcke 5, 6 beim Erreichen ihrer Endlage die Endschalter 36.
Die Endschalter 36 steuern die Ventile 7, 8, 12, 15, 29 und 31 derart um, daß durch
entgegengesetzte Druckbeaufschlagung der Teilstromsteuerblöcke 5, 6 die Schubkolbengetriebe
22 weiter abgesenkt werden können.
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Während die vorbeschriebene Schaltung vorzugsweise für Hubwerke oder
dgl. konzipiert ist, zeigt der in Figur 2 dargestellte Schaltplan eine Gleichldufstuerung
für Messerschilde.
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Das Pumpenaggregat 2 ist über hydraulische Leitungen 3, 4, 18, 19
mit den Teilstromsteuerblöcken 5, 6 verbunden. In diese hydraulischen Leitungen
sind Steuerventile 7, 8 eingeschaltet. Die Teilstromsteuerblöcke 5, 6 sind ihrerseits
über Leitungen 44, 45 mit den Ringräumen 39 der Schubkolbengetriebe 22 verbunden.
Die Kolben räume 27 dieser Schubkolbengetriebe 22 stehen über Leitungen 46, 47 direkt
mit dem Pumpenaggregat 2 bzw. dem Tank in Verbindung.
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In die Leitungen 46, 47 ist ein Steuerventil 48 eingebaut. Die Pumpenleitung
46 weist zusätzlich ein weiteres Ventil 49 auf.
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Um den Stützralumell des Messerschildes gleichmäßig nachzuholen, d.
h. die Schubkolbengetriebe 22 gleichmäßig einzufahren, wird das Steuerventil 7 in
Schaltstellung 1, das Steuerventil 8 in Schaltstellung 2 geschaltet. Uber die hydraulische
Leitung 3 strömt Druckmedium einerseits in die Ringräume 23 der Dosierzylinder 24,
24' des Teilstromsteuerblockes 5, wobei die Kolben 25 die Flüssigkeit aus den Ringräumen
26 über die Leitung 44 in die Ringräume 39 der Schubkolbengetriebe 22 drücken, andererseits
werden über die Leitung 19 die Ringräume 32 der im Teilstromsteuerblock 6 angeordneten
Dosierzylinder 33, 33' mit Druck beaufschlagt.
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Da das Steuerventil 48 in Schaltstellung 2 und das Ventil 49 geschlossen
ist, können die Kolbenräum 27 der Schubkolbengetriebe 22 über die Leitung 47 entleert
werden C;leicìlzeitis werden über die Leitung 19 die Ringi-ume 32 der Dosierzylinder
33, 33' beaufschlagt. Die Ringräume 35 der Dosierzylinder 33, 33' werden über die
Leitung 4 entleert.
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Wie bereits in der Beschreibung zu Figur 1 erwähnt, schalten auch
hier die Endschalter 36 die Steuerventile 7, 8 derart um, daß der dosierte Füllvorgang
laufend wiederholt wird.
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Sollen die Vortriebsmesser (Schubkolbengetriebe 22) einzeln oder in
Gruppen ausgefahren werden, sind die Schubkolbengetriebe 22 über die Leitung 46,
unter Umgehung der Teilstromsteuerblöcke 5, 6 direkt mit Druck beaufschlagbar. In
diesem Fall sind die Ventile 7, 8 geschlossen, Ventil 49 ist geöffnet sowie Steuerventil
48 in Schaltstellung 1.
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Der in Figur 3 schematisch dargestellte Teilstromsteuerblock weist
unterschiedlich große Ringraumflächen auf. Er arbeitet daher, wenn die Ringräume
23 mit dem Pumpenaggregat 2 und die Ringräume 26 mit den Schubkolbengetrieben 22
gekoppelt sind, als Druckübersetzer.
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