DE3728206C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsanordnung für eine an ein Drucknetz mit eingeprägtem Druck angeschlossene hydro­ statische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sekundärgeregelte Antriebssysteme sind bekannt (DE-OS 34 41 185). Dabei erfolgt die Drehzahl­ regelung mittels eines Reglers, dem mehrere Eingangsgrößen als elektrische Signale zugeführt werden, insbesondere der Sollwert und der an einem Tachogenerator abgegriffene Ist­ wert für die Drehzahl. Mit dem Ausgangssignal des Reglers wird ein Proportionalventil angesteuert, das die Druck­ mittelwege zwischen einer Druckmittelquelle bzw. einem Tank und der Verstelleinrichtung der hydrostatischen Maschine steuert. Es wird somit ein Schwenkwinkel eingestellt, der einem bestimmten Schluckvolumen der Maschine entspricht. Abhängig von der Größe der anzutreibenden Last stellt sich dann eine bestimmte Drehzahl ein.

Bei derartigen sekundärgeregelten Antrieben besteht die Gefahr, daß bei einem Ausfall nur eines Bauteils der elektronischen Regeleinrichtung oder bei Kabelbruch die Verstelleinrichtung für den Schwenkwinkel der Maschine so verstellt wird, daß der Antriebsmotor eine maximale Be­ schleunigung erfährt und unzulässig hohe Drehzahl annimmt. So können sich Drehzahländerungen von Null auf 10 000 U/min. innerhalb von 100 ms einstellen.

Um dies zu vermeiden, ist es bekannt (DE-Z: fluid, April 1985, S. 70) ein Sperrventil zwischen der Maschine und dem Drucknetz zu schließen, indem ein Grenzdrehzahlwächter die zu hohe Drehzahl erkennt und ein dem Sperrventil vorgeschaltetes Ventil abschaltet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, für eine sekundärgeregelte hydrostatische Maschine eine mechanisch­ hydraulische Sicherheitsschaltung zu schaffen, die eine un­ zulässige Drehzahlerhöhung schneller erkennt und die Sicherheit erhöht.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ergibt sich ein sehr einfacher und zuverlässi­ ger Aufbau der Sicherheitsanordnung.

Erfolgt eine Drehbeschleunigung des Hydromotors, die höher ist als für die ausgeführte Regelung zulässig ist, oder wird die maximale Drehzahl überschritten, weil beispielsweise in der elektronischen Regeleinrichtung ein Fehler auftritt, so wird ein an die den Steuerdruck führende Leitung angeschlosse­ nes Ventil umgeschaltet, so daß der Steuerdruck zusammenbricht und das Sperrventil in die Sperrstellung gelangt. Für den Steuerdruck ist ferner eine Selbsthalteschaltung vorgesehen, so daß die Anlage erst wieder in Betrieb genommen werden kann, wenn der Fehler beseitigt ist. Solange dies nicht der Fall ist, kann nicht erneut Steuerdruck aufgebaut werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet. So ist auch im Ablauf des An­ triebsmotors ein Sperrventil vorgesehen, so daß der Motor gegenüber der Hochdruck-Leitung wie auch der Niederdruck-Lei­ tung abgesperrt wird.

Ferner ist ein weiteres Ventil vorgesehen, über das beim Umschalten der Sperrventile in die Sperrstellung die Ver­ stelleinrichtung an die Druckmittelquelle angeschlossen wird, um die Stelleinrichtung in Richtung des maximalen Schwenkwin­ kels zu verstellen. Dadurch ist der Motor in der Lage, ein maximales Haltemoment zu erzeugen. Der Motor wirkt somit als Bremse, um beispielsweise eine angehängte Last in der Schwebe zu halten. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, die Drehzahl des Motors mit einem wählbaren Bremsmoment bis auf Nulldrehl­ zahl zu verringern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Sicherheitsanordnung für einen sekundärgeregelten Antrieb schematisch dargestellt ist.

An eine Welle 1 eines verstellbaren hydrostatischen Motors 2, der von einer Konstantdruckquelle 3, nämlich einer von einem nicht dargestellten Antrieb angetriebenen Pumpe gespeist wird, sind ein Aufnehmer 4 für die Drehbeschleunigung der Welle 1 und ein Aufnehmer 5 für die Drehzahl der Welle 1 fest ge­ kuppelt.

Wenn bestimmte Grenzwerte für die Drehzahl und/oder die Dreh­ beschleunigung überschritten werden, werden die Ventile 6 bzw. 7 umgeschaltet. Von den Ventilen 6 und 7 wird eine Steuerdruckleitung 16 wahlweise abgesperrt oder mit einem Tank T verbunden, also druckentlastet.

Der HD-Anschluß der Maschine 2 ist mit der Konstantdruckquelle 3 über eine HD-Leitung 35 verbunden, in der ein Sperrventil 8, ein Druckbegrenzungsventil 9 und ein Nachsaugventil 10 ange­ ordnet ist. In der ND-Leitung 36 zur Verbindung der Maschine 2 mit einem Ablauf bzw. Tank befinden sich ein Sperrventil 11, ein Druckbegrenzungsventil 12 und ein Nachsaugventil 13.

Die Schwenkwinkelverstellung der Maschine 2 erfolgt mit einer Stelleinrichtung 15, die über Druckmittelwege 37 bzw. 38 und 39 bzw. 40 an ein Regelventil 42 angeschlossen ist. Die Ver­ stellung des Schwenkwinkels erfolgt bei Betätigung des Proportionalventils 42 durch Zuführen von Druckmittel aus einer Druckmittelquelle P bzw. Ablauf von Druckmittel zu einem Tank T. Die Ansteuerung des Proportionalventils 42 er­ folgt durch ein elektrisches Signal, das in einer Regelein­ richtung 43 erzeugt wird, der bestimmte Eingangsgrößen zu­ geführt werden, insbesondere ein Sollwert für die Drehzahl, sowie der an der Welle 1 der Maschine 2 auftretende Istwert der Drehzahl, ferner gegebenenfalls auch der eingeprägte Druck in der HD-Leitung 35, das an der Welle 1 auftretende Dreh­ moment, der an der Welle 1 gemessene Drehwinkel und andere Werte, die für die gewünschte Regelung erforderlich sind.

Zwischen dem Ventil 42 und der Stelleinrichtung 15 ist ein Umschaltventil 14 vorgesehen. In der dargestellten Lage des Umschaltventils 14 ist die Konstantdruckquelle 3 mit dem Druckmittelweg 37 verbunden, wodurch die Stelleinrichtung 15 so betätigt wird, daß sie die Maschine 2 im Sinne des maxi­ malen Schwenkwinkels verstellt. In der umgeschalteten nicht dargestellten Lage ist die Konstantdruckquelle 3 abgesperrt und sind die Druckmittelwege 37 und 39 bzw. 38 und 40 mit­ einander verbunden, um die Stelleinrichtung 15 über das Ventil 42 zu betätigen.

An die Steuerdruckleitung 16 ist ferner ein Ventil 17 ange­ schlossen, das vom Steuerdruck in der Leitung 16 in Schließ­ stellung gehalten wird. Bricht der Steuerdruck zusammen, so öffnet das Ventil 17. Stromab des Ventils 17 ist ein Mag­ netventil 18 vorgesehen, das sich im stromlosen Zustand in Durchlaßstellung befindet, so daß die Steuerdruckleitung 16 mit dem Tank T verbunden bleibt, solange das Magnetventil 18 stromlos ist. In der Regeleinrichtung 43 ist eine Schaltung vorgesehen, die dafür sorgt, daß der Magnet 30 des Magnet­ ventils 18 nur dann erregt werden kann, wenn eine elektroni­ sche Überwachungseinrichtung, die nicht dargestellt ist, mel­ det, daß sämtliche Fehler behoben worden sind. Dann kann das Magnetventil 18 in die Sperrstellung umgeschaltet werden, worauf wiederum Steuerdruck in der Leitung 16 aufgebaut und der sekundärgeregelte Antrieb in Betrieb genommen werden kann.

Die Wirkungsweise der dargestellten Sicherheitsanordnung ist wie folgt: Im fehlerfreien Zustand sind die Ventile 6, 7 und 17 geschlossen. Damit kann in der Steuerdruckleitung 16, die über eine Drossel 19 an die HD-Leitung 35 angeschlossen ist, Steuerdruck aufgebaut werden. Dadurch werden die Kolben 22 und 23 entgegen der Kraft der Federn 20 und 21 in den beiden Sperrventilen 8 und 11 angehoben und damit die Verbindung zwischen der Konstantdruckquelle 3 über die HD-Leitung 35 zur Maschine 2 und von der Maschine 2 über die ND-Leitung 36 zum Tank hergestellt werden.

Ferner wird das Umschaltventil 14 vom Druck in der Leitung 26, die über eine Drossel 27 ebenfalls an die HD-Leitung 35 angeschlossen ist, aus der dargestellten Lage umgeschaltet, so daß von den Schieberkolben 29, der die dargestellten Bunde aufweist, die HD-Leitung 35 von der Leitung 37 abge­ sperrt wird und die Leitungen 37, 39 bzw. 38, 40 miteinander verbunden werden.

In diesem Schaltzustand erfolgt nun die Betätigung der Stell­ einrichtung und die Einstellung des Schwenkwinkels der Maschi­ ne 2 über das von der Regeleinrichtung 43 angesteuerte Proportionalventil 42.

Wenn z.B. ausgehend von dem geschilderten Normalfall der den Istwert der Drehzahl der Welle 1 erfassende Tachogenerator (nicht dargestellt) ausfällt, erhält die Regeleinrichtung 43 das Signal, daß die Drehzahl zu klein ist. Die Regeleinrich­ tung wird somit ein Ausgangssignal erzeugen, mit dem der Schwenkwinkel der Maschine 2 bis zum maximalen Wert vergrößert wird, um die Drehzahl zu erhöhen. Dementsprechend beschleunigt der Motor 2 mit dem Grenzwert. Bei Überschreiten des zulässi­ gen Beschleunigungswertes spricht der Aufnehmer 4 an und schaltet das Ventil 6 in Durchlaßstellung. Dadurch bricht, bedingt durch den Druckabfall an der Drossel 19 der Steuer­ druck in der Leitung 16 zusammen. Als Folge davon werden die Kolben 22 und 23 von den mit hoher Vorspannkraft versehenen Federn 20 und 21 schlagartig geschlossen und damit der Motor 2 vom Zulauf und Abfluß abgesperrt. In der Sperrstellung des Kolbens 22 wird die Leitung 26 über die Steuerkanten 24 und 25 mit Tank T verbunden, so daß auch der Druck in der Leitung 26, bedingt durch den Druckabfall an der Drossel 27, zusammen­ bricht. Dadurch verschiebt die Feder 28 den Kolben 29 des Umschaltventils 14 nach links und die Stelleinrichtung 15 wird über die Leitung 37 an die HD-Leitung 35 angeschlossen, wodurch der Motor 2 auf den maximalen Schwenkwinkel verstellt wird. Damit ist der Motor 2 in der Lage, ein maximales Halte­ moment aufzubringen und kann beispielsweise im Falle eines Kranes die Last halten.

Um ein zu plötzliches Abbremsen des Motors 2 bzw. der daran hängenden Last zu vermeiden, kann das Druckbegrenzungsventil 12 so eingestellt werden, daß hierüber von der nunmehr als Pumpe arbeitenden Maschine 2 gefördertes Strömungsmittel abgefördert wird, das über das Nachsaugventil 10 aus dem Tank angesaugt wird. Durch Wahl der Einstellung des Ventils 12 kann das Bremsmoment festgelegt werden. Die Maschine kann also von der Last her angetrieben als Pumpe arbeitend allmählich bis zum Stillstand abgebremst werden.

Durch die Druckentlastung in der Steuerleitung 16 ist auch das Ventil 17 in die Durchlaßstellung geschaltet worden. Das Magnetventil 18 befindet sich ebenfalls in der Durchlaßstel­ lung. Es kann also in der Leitung 16 kein Steuerdruck aufge­ baut werden und der Antrieb kann nicht mehr in Betrieb ge­ nommen werden. Das Magnetventil 18 kann nun erst dann in die Sperrstellung umgeschaltet werden, wenn alle elektrischen Bauteile überprüft und funktionsfähig sind. Sobald Steuer­ druck in der Leitung 16 aufgebaut ist, wird durch den Steuer­ druck das Ventil 17 geschlossen und das Magnetventil 18 kehrt in den stromlosen Zustand zurück.

Claims (8)

1. Sicherheitsanordnung für eine an ein Drucknetz mit eingeprägtem Druck angeschlossene hydrostatische Maschine mit veränderlichem Schluck- bzw. Fördervolumen, bei der die Verstelleinrichtung für den Schwenkwinkel der Maschine über ein Regelventil mit einer Druckmittelquelle und einem Tank verbindbar ist, bei der das Regelventil von einem in einer Regeleinrichtung abhängig von mehreren Eingangsgrößen erzeugten elektrischen Signal ansteuerbar ist, bei der in der HD-Leitung (35) zwischen der Maschine (2) und dem Drucknetz ein Sperrventil (8) vorgesehen ist, das in die Offenstellung durch einen Steuerdruck und bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl durch Federkraft in die Sperrstellung umschaltet und bei der die den Steuerdruck für das Sperrventil (8) führende Leitung (16) über ein Ventil druckentlastbar ist, das abhängig von der Drehzahl umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckleitung (16) über ein abhängig von der Beschleunigung umschaltbares Ventil (6) und über ein vom Steuerdruck in der Sperrstellung gehaltenes Ventil (17) druckentlastbar ist.

2. Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerdruck führende Leitung (16) über ein weiteres in Reihe mit dem vom Steuerdruck in Sperrstellung gehaltenen Ventil (17) vorgesehenes Ventil (18) druckentlastbar ist, das nur bei Vorliegen bestimmter Größen der Regeleinrichtung (43) in die Sperrstellung schaltbar ist.

3. Sicherheitsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckmittelweg (37) zu der Stelleinrichtung (15) ein Umschaltventil (14) vorgesehen ist, das abhängig von der Schließstellung des Sperrventils (8) in eine Arbeitslage verstellbar ist, in der die Stelleinrichtung (15) im Sinne eines maximalen Schwenkwinkels der Maschine mit Druckmittel beaufschlagt wird.

4. Sicherheitsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (14) von dem Steuerdruck in einer Sperrstellung gehalten wird und nach dem Schließen des Sperrventils (8) die Leitung (26) druckentlastet wird, so daß das Umschaltventil (14) in die Arbeitslage verstellbar ist.

5. Sicherheitsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltventil (14) zwischen dem Regelventil (42) und der Stelleinrichtung (15) angeordnet ist, und daß beim Ansprechen des Umschaltventils in der Schließstellung des Sperrventils (8) die Druckmittelwege (39, 40) zum Regelventil absperrbar sind.

6. Sicherheitsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ND-Leitung (36) der Maschine ein zweites Sperrventil (11) vorgesehen ist, das vom Steuerdruck in Offenstellung und von einer Feder in Schließstellung beaufschlagt ist.

7. Sicherheitsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Leitungsstrang zwischen der Maschine (2) und dem Sperrventil (8, 11) ein Druckbegrenzungsventil (9, 12) und ein Nachsaugventil (10, 13) angeordnet sind.

8. Sicherheitsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Steuerdruck führende Leitung (16) für die Sperrventile (8, 11) und die Leitung (26) für das Umschaltventil (14) über je eine Drossel (19, 27) an die HD-Leitung (35) angeschlossen sind.