DE4314813C1 - Hydraulische Schaltung - Google Patents

Hydraulische Schaltung

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Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schaltung zur Steuerung der einer Friktionswinde mit vorgeschalteter Speichertrommel zugeordneten Hydraulikmotoren gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Verlegung von Kabeln in unterirdisch verlaufenden Rohrleitungen oder Kanälen werden die Kabel mit Hilfe von Friktionswinden, den sogenannten Spills, von Kabeltrom­ meln ab- und in die Rohrleitungen bzw. Kanäle eingezogen. Die Kabel sind häufig mehrere hundert Meter lang. Der Verlegeweg ist von den örtlich vorgegebenen Umständen ab­ hängig, vielfach in Kurven verlaufend.
Um ein Kabel in ein Rohr einzuziehen, wird zunächst ein Stahlseil von einer Speicherrolle abgezogen und über die Friktionswinde in das Rohr eingebracht. Dazu wird ein Stopfen, an dem das Stahlseil festgelegt ist, mittels Druckluft durch das Rohr befördert. Im Anschluß daran wird am freien Ende des Stahlseils das zu verlegende Ka­ bel angekuppelt. Jetzt kann das Kabel mit Hilfe der Friktionswinde in das Rohr eingezogen werden.
Sowohl die Friktionswinde als auch die Speichertrommel werden angetrieben. Dies geschieht in der Regel über Hydraulikmotoren. Diese werden von einer verstellbaren Hydraulikpumpe mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Bislang waren in der Praxis die Hydraulikmotoren in einer konventionellen Par­ allelschaltung miteinander verbunden. Beim Abziehen des Stahlseils von der Speichertrommel nimmt der Wickeldurch­ messer ständig ab. Dies führt dazu, daß die Abziehge­ schwindigkeit geringer wird bzw. bei gleichbleibender Ab­ ziehgeschwindigkeit die Drehzahl der Speichertrommel steigt. Hieraus resultiert ein größerer Bedarf an Hydrau­ likflüssigkeit am Trommelmotor, sprich das Schluckvolumen des Trommelmotors steigt. Das hat zur Folge, daß dem Spillmotor nicht genügend Hydraulikflüssigkeit zur Verfü­ gung steht und das gesamte System langsamer wird. Der zeitliche Aufwand zum Durchziehen eines Kabels wird da­ durch erheblich heraufgesetzt. Zur Überbrückung muß daher ein Spillmotor mit veränderbarem Schluckvolumen einge­ setzt werden.
Wie zuvor bereits erwähnt wird zunächst ein Stopfen mit­ tels Druckluft durch das Rohr bewegt. Kommt es zum Fest­ klemmen dieses Stopfens, erfährt die Friktionswinde kei­ nen Widerstand mehr und das Stahlseil rutscht auf der Trommel der Friktionswinde durch. Die Speichertrommel ist aber infolge ihrer trägen Masse bestrebt, weiter abzu­ wickeln.
Um das Stahlseil beim Abziehvorgang straff zu halten, wird der Hydraulikmotor der Speichertrommel mit einem Bremsmoment beaufschlagt. Bei der bekannten Schaltweise wird mit einem fest eingestellten Bremsmoment operiert. Dieses wird über ein Druckbegrenzungsventil vorgegeben und steht völlig durchmesserunabhängig am Trommelmotor an. Die gesamte Bremsleistung muß dabei vollständig in Wärme umgesetzt werden.
Nachteilig ist weiterhin, daß das eingestellte Brems­ moment auch zum Stoppen der Speichertrommel benutzt wer­ den muß. Es muß demzufolge überdimensioniert werden, da es auch beim plötzlichen Stillstand des Kabeleinzugs (Verklemmung des Stopfens) und weiterhin beim Austritt des Stopfens am Rohrende (Fortfall des Luftdrucks) ein sicheres Stoppen der Speichertrommel gewährleisten muß.
Da das Bremsmoment für die Seilspannung zwischen der Friktionswinde und der Speichertrommel über dem gesamten Abzugsvorgang auch bei sich änderndem Wickeldurchmesser gleich bleibt, andererseits aber die Abziehkraft mit dem Dickendurchmesser variiert, führt dies zu Änderungen der Seilspannung. Diese ist nämlich direkt proportional zur Durchmesseränderung. Bei großem Durchmesser ist die Seil­ spannung klein, bei kleinem Durchmesser ist die Seilspan­ nung groß.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine hydraulische Schaltung zur Steuerung der ei­ ner Friktionswinde mit vorgeschalteter Speichertrommel zu­ geordneten Hydraulikmotoren zur Verfügung zu stellen, die eine selbsttätige Abstimmung der Momenten- und Druckver­ hältnisse in den unterschiedlichen Betriebszuständen ge­ währleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufge­ führten Merkmalen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden Gegen­ stand der Patentansprüche 2 bis 4.
Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, in die zum Hydraulikmotor der Speichertrommel führenden Hydraulik­ leitungen ein in Abhängigkeit von der Wickelrichtung um­ steuerbares Wegeventil und ein Senk-Brems-Ventil ein­ zugliedern. Das Senk-Brems-Ventil ist von dem in der zum Hydraulikmotor der Friktionswinde führenden Hydraulik­ leitung herrschenden Druck beeinflußbar.
Der Steueranschluß des Senk-Brems-Ventils ist dabei mit­ tels einer Steuerleitung mit der zum Hydraulikmotor der Friktionswinde führenden Hydraulikleitung verknüpft. Bei dem Wegeventil handelt es sich vorzugsweise um ein 4/2- Wegeventil.
Beim Aufwickeln des Stahlseils bzw. Einziehen eines Ka­ bels wirkt die Schaltung wie die bisher bekannte Paral­ lelschaltung. Beim Abziehen des Stahlseils schaltet das Wegeventil jedoch automatisch um, so daß der Hydraulikmo­ tor der Speichertrommel zusätzlich als Pumpe wirkt. Wäh­ rend bei der bislang vorgenommenen Schaltung das Abziehen wegen des kleiner werdenden Wickeldurchmessers der Spei­ chertrommel und dem damit erhöhten Hydraulikflüssigkeits­ bedarf des Trommelmotors immer langsamer wird, wird dies bei der erfindungsgemäßen Schaltung unterbunden. Hier speist nunmehr beim Abziehvorgang (generatorischer Be­ trieb) der Trommelmotor zusätzlich Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikkreislauf ein. Mit kleiner werdendem Wickeldurchmesser läuft der Trommelmotor immer schneller, so daß das Abziehen sogar mit steigender Geschwindigkeit erfolgen kann. Als Spillmotor kann jetzt ein Konstant­ motor für den gesamten Durchmesserbereich eingesetzt wer­ den.
Der Trommelmotor baut beim Abziehen einen Druck, den Lastdruck, auf. Die erfindungsgemäße Schaltung bewirkt, daß sich der Pumpendruck und der Lastdruck gegenüberste­ hen. Der Trommelmotor arbeitet dann gegen den Pumpendruck und das Senk-Brems-Ventil. Über das Senk-Brems-Ventil braucht nur die Druckdifferenz zwischen dem Lastdruck und dem Pumpendruck abgebaut zu werden. Die konstruktiv be­ dingte Druckdifferenz des Lastdrucks gegenüber dem Pum­ pendruck ergibt das gewünschte Bremsmoment an der Spei­ chertrommel bzw. dem Trommelmotor.
Während bei der bislang verwirklichten Schaltung die Bremsleistung vollständig vernichtet, d. h. in Wärme umge­ setzt wurde, geht nunmehr nur noch ein Bruchteil dieser Bremsleistung verloren.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung paßt sich das Brems­ moment dem Wickeldurchmesser an. Das bedeutet, daß bei großem Wickeldurchmesser ein großes Bremsmoment vorgehal­ ten wird; bei kleinem Wickeldurchmesser ist das Bremsmo­ ment entsprechend kleiner.
Für die Funktion Bremsen stellt sich das Bremsmoment au­ tomatisch auf den Wickeldurchmesser ein. Für die Funktion Stop stellt sich automatisch ein höheres Bremsmoment ein. Hierbei ist besonders wichtig, daß sich gerade dann, wenn der Wickeldurchmesser der Speichertrommel klein ist und damit die höchste Drehzahl erreicht wird, diesem Be­ triebszustand auch das größte Verhältnis von Bremsmoment zu Stopmoment zugeordnet ist.
War es bislang so, daß gerade in ungünstigen Betriebssi­ tuationen die Momentenverhältnisse sogar negativ verän­ dert wurden, passen sich die Momentenverhältnisse, re­ spektive auch die Druckverhältnisse, nunmehr selbsttätig den besonderen Betriebsverhältnissen an. Kommt es beim Abziehvorgang aus gleich welchen Gründen zum Stillstand, rutscht das Stahlseil am Spill durch. Dadurch bricht der Druck im Hydraulikkreislauf zusammen. Über die Steuerlei­ tung zwischen dem Senk-Brems-Ventil und der zum Spillmo­ tor führenden Hydraulikleitung wird eine Änderung der Druckverhältnisse im Senk-Brems-Ventil bewirkt. Dadurch wird der Lastdruck im Senk-Brems-Ventil sofort zum Ein­ stelldruck des Senk-Brems-Ventils. Hierdurch wird der Haltedruck für den Hydraulikmotor der Speichertrommel er­ höht, wodurch sofort die Erhöhung des Bremsmoments er­ folgt, der dann dem maximal entgegenstehenden Moment ent­ spricht.
Bei einem normalen Abziehvorgang ergibt sich durch die erfindungsgemäße Schaltung eine konstante Verschiebung der Schluckvolumina zu dem Hydraulikmotor hin, der in­ folge der Veränderung des Wickeldurchmessers an der Spei­ chertrommel ein größeres Schluckvolumen abverlangt.
Ein weiterer Vorteil ist, daß bei der Anordnung der neuen Schaltung insgesamt im Hydraulikkreislauf weniger Wärme erzeugt wird, so daß auch weniger Wärme abgeführt werden muß. Dies hat einen positiven Einfluß auf die Funktion der hydraulischen Aggregate. Folglich werden die Be­ triebs- sowie die Instandsetzungskosten gesenkt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das hydraulische Schaltbild ist dabei zum Zwecke des bes­ seren Verständnisses technisch generalisiert dargestellt worden, d. h. alle in der Praxis naturgemäß notwendigen Mittel wie Ventile, Drosseln, Speicher, Tanks usw., die aber für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Gedankens unwesentlich sind, sind weggelassen worden.
In der Zeichnung sind eine Friktionswinde 1 und eine Speichertrommel 2 schematisiert dargestellt. Zwischen beiden verläuft ein in unterbrochener Linienführung wie­ dergegebenes Stahlseil 3, welches über die Friktionswinde 1 geführt in eine hier nicht dargestellte Rohrleitung ab­ geht. Die Friktionswinde 1 ist über ein Getriebe 4 mit einem Spillmotor 5 gekoppelt. Die Speichertrommel 2 ist über ein Getriebe 6 mit einem Trommelmotor 7 verbunden.
Sowohl der Spillmotor 5 als auch der Trommelmotor 7 wer­ den von einer Verstellpumpe 8 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. An die Verstellpumpe 8 sind die Hydraulik­ leitungen 9, 10 angeschlossen. Der Pumpendruck p1 steht über die Hydraulikleitung 9 an einem 4/2-Wegeventil 11 sowie über eine Steuerleitung 12 an einem Steueranschluß 13 des 4/2-Wegeventils 11 an.
Die Verbindung zum Spillmotor 5 erfolgt über eine Hydrau­ likleitung 14 von einer Abzweigung 15 bis zur Eingangs­ seite des Spillmotors 5.
Die Hydraulikleitungen 9, 10 sind durch eine Querleitung 16 verbunden. In die Querleitung 16 ist ein Druckbegren­ zungsventil 17 eingegliedert. Eine Rücklaufleitung 18 führt vom Spillmotor 5 zu einer Abzweigung 19 in der Hydraulikleitung 10. An die Hydraulikleitung 9 ist die Querleitung 16 über die Abzweigung 19′ angeschlossen.
In der Rücklaufleitung 18 ist ein Druckzuschaltventil 20 mit einer Umgehungsleitung 21 vorgesehen. Die Durchfluß­ richtung in der Umgehungsleitung 21 ist durch ein Rück­ schlagventil 22 vorgegeben.
Die Arbeitsanschlüsse des 4/2-Wegeventils 11 sind über Hydraulikleitungen 23, 24 auf den Trommelmotor 7 schalt­ bar. In die Hydraulikleitung 23 ist ein Senk-Brems-Ventil 25 integriert. Über ein Rückschlagventil 26 kann das Senk-Brems-Ventil 25 gegen die normale Zuschaltrichtung frei von einem Anschluß 27 zu einem Anschluß 28 über eine Leitung 29 durchströmt werden.
Mittels einer Steuerleitung 30 ist das Senk-Brems-Ventil 25 mit der zum Spillmotor 5 führenden Hydraulikleitung 14 verknüpft.
Beim Abziehvorgang ergeben sich nachfolgend geschilderte Betriebsverhältnisse:
Der Pumpendruck p1 steht über die Hydraulikleitungen 9 und 14 am Spillmotor 5 an. Gleichzeitig steht der Pumpen­ druck p1 am 4/2-Wegeventil 11 sowie über die Steuerlei­ tung 12 am Steueranschluß 13 an. Dadurch wird das 4/2-We­ geventil 11 in die Kreuzstellung geschaltet. Von hier aus ist der Pumpendruck p1 am Senk-Bremsventil 25 wirksam. Dieses ist über die Leitung 29 durch das Rückschlagventil 26 in Richtung zum Trommelmotor 7 frei durchströmbar.
Am Spillmotor 5 erzeugt der Pumpendruck p1 ein spezifi­ sches Drehmoment md2, welches einen Seilzug bewirkt, der das Stahlseil 3 von der Speichertrommel 2 abzieht. Der an der Speichertrommel 2 wirksame Seilzug bewirkt über den Hebelarm des Wickeldurchmessers ein spezifisches Drehmo­ ment md1 am Trommelmotor 7. Unter Berücksichtigung des Untersetzungsgetriebes 6 wird so vom Trommelmotor 7 ein Lastdruck DL im Hydraulikkreislauf aufgebaut.
Der Lastdruck DL ist konstruktiv immer größer als der Pumpendruck p1. Rein schaltplantechnisch betrachtet ste­ hen sich am Senk-Brems-Ventil 25 der Lastdruck DL sowie der Pumpendruck p1 gegenüber. Da der Lastdruck DL größer als der Pumpendruck p1 ist, schließt das Rückschlagventil 26 und der Trommelmotor 7 arbeitet gegen den Pumpendruck p1 einerseits und gegen das Senk-Brems-Ventil 25 anderer­ seits. Über das Senk-Brems-Ventil 25 wird die Druckdiffe­ renz zwischen dem Lastdruck DL und dem Pumpendruck p1 ab­ gebaut, woraus sich das gewünschte Bremsmoment an der Speichertrommel 2 bzw. dem Trommelmotor 7 ergibt.
Die Wickeldurchmesserverhältnisse an der Speichertrommel 2 verändern sich ständig. Damit ergibt sich eine perma­ nente Veränderung des Lastdrucks DL für die jeweiligen Durchmesser dx. Dieser zugeordnete Lastdruck DL ergibt sich aus dem Schluckvolumen der beiden Hydraulikmotoren 5 und 7, den Untersetzungsverhältnissen i1, i2 in den Ge­ trieben 4 und 6 sowie dem jeweiligen Verhältnis der Wickeldurchmesser d1 der Friktionswinde 1 zu dem Wickel­ durchmesser dx der Speichertrommel 2 und dem Aufsteuer­ verhältnis des Senk-Brems-Ventils 25. Das Aufsteuerver­ hältnis ist eine konstruktiv vorgegebene Kenngröße des Senk-Brems-Ventils 25 und ergibt sich aus sich gegenüber­ stehenden druckbeaufschlagbaren Flächen innerhalb des Senk-Brems-Ventils 25.
Zwischen dem Senk-Brems-Ventil 25 und der Hydraulik­ leitung 14 ist die Steuerleitung 30 vorgesehen. Auf diese Weise wird das Senk-Brems-Ventil 25 unter den Einfluß des Pumpendrucks p1 gestellt. Kommt es beim Abziehen des Stahlseils 3 dazu, daß das Stahlseil 3 an der Friktions­ winde I durchrutscht, bricht der Pumpendruck p1 zusammen. Da der Pumpendruck p1 auch in der Steuerleitung 30 an­ steht, ergibt sich hier eine Änderung der Druckverhält­ nisse dadurch, daß der Lastdruck DL sofort zum Einstell­ druck DE des Senk-Brems-Ventils 25 wird. Damit erhöht sich der Haltedruck für die Speichertrommel 2 auf den ma­ ximalen Wert, wodurch wiederum das im Normalbetrieb an­ stehende Bremsmoment auf das Stopmoment heraufgesetzt wird.
Bezugszeichenliste
1 Friktionswinde
2 Speichertrommel
3 Stahlseil
4 Getriebe
5 Spillmotor
6 Getriebe
7 Trommelmotor
8 Verstellpumpe
9 Hydraulikleitung
10 Hydraulikleitung
11 4/2-Wegeventil
12 Steuerleitung
13 Steueranschluß
14 Hydraulikleitung
15 Abzweigung
16 Querleitung
17 Druckbegrenzungsventil
18 Rücklaufleitung
19 Abzweigung
19′ Abzweigung
20 Druckzuschaltventil
21 Umgehungsleitung
22 Rückschlagventil
23 Hydraulikleitung
24 Hydraulikleitung
25 Senk-Brems-Ventil
26 Rückschlagventil
27 Anschluß
28 Anschluß
29 Leitung
d1 Durchmesser v. 1
DE Einstelldruck
DL Lastdruck
dx Wickeldurchmesser
i1 Untersetzungsverhältnis v. 4
i2 Untersetzungsverhältnis v. 6
md1 spez. Drehmoment Trommelmotor
md2 spez. Drehmoment Spillmotor
p1 Pumpendruck

Claims (4)

1. Hydraulische Schaltung zur Steuerung der einer Frik­ tionswinde (1) mit vorgeschalteter Speichertrommel (2) zugeordneten Hydraulikmotoren (5, 7), die über Hydraulikleitungen (9, 10) mit einer Hydraulikpumpe (8) verbunden sind, wobei in jeweils eine der die Hydraulikpumpe (8) mit den Hydraulikmotoren (5, 7) verbindenden Hydraulikleitungen (9, 10) und in eine die an die Hydraulikpumpe (8) angeschlossenen Hydrau­ likleitungen (9, 10) verbindende Querleitung (16) je ein Druckbegrenzungsventil (17, 25) eingegliedert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlüssen (19, 19′) der Querleitung (16) an die zu der Hydraulikpumpe (8) führenden Hydraulikleitungen (9, 10) und dem in die zum Hydrau­ likmotor (7) der Speichertrommel (2) führende Hydrau­ likleitung (23) eingegliederten Druckbegrenzungsven­ til (25) ein in Abhängigkeit von der Wickelrichtung umsteuerbares Wegeventil (11) in den zum Hydraulikmo­ tor (7) der Speichertrommel (2) führenden Hydraulik­ leitungen (9, 10) vorgesehen ist und daß das Druckbe­ grenzungsventil (25) als von dem in der zum Hydrau­ likmotor (5) der Friktionswinde (1) führenden Hydrau­ likleitung (14) herrschenden Druck beeinflußbares Senk-Brems-Ventil ausgebildet ist.
2. Schaltung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steueranschluß des Senk-Brems-Ventils (25) und die zum Hydraulikmo­ tor (5) der Friktionswinde (1) führende Hydraulik­ leitung (14) über eine Steuerleitung (30) verknüpft sind.
3. Schaltung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranschlüsse des Wegeventils (11) unter den Einfluß des Drucks in den zum Hydraulikmotor (7) der Speichertrommel (2) führenden Hydraulikleitungen (9, 10) gestellt sind.
4. Schaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegeventil (11) ein 4/2-Wegeventil ist.
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