DE4420459A1 - Vorrichtung zum Steuern eines Hydraulikantriebs - Google Patents

Vorrichtung zum Steuern eines Hydraulikantriebs

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DE4420459A1 DE4420459A DE4420459A DE4420459A1 DE 4420459 A1 DE4420459 A1 DE 4420459A1 DE 4420459 A DE4420459 A DE 4420459A DE 4420459 A DE4420459 A DE 4420459A DE 4420459 A1 DE4420459 A1 DE 4420459A1
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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Steuern eines Hydraulikantriebs, insbesondere einer Vorrichtung mit einem Wegeventil zum Zuleiten hydraulischer Flüssigkeit von einer Druckquelle zu dem Antrieb und einer getrennten Sicher­ heits-Ventileinrichtung, die im aktivierten Zustand verhin­ dert, daß unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit das Wegeventil erreicht.
Der Zweck einer Steuervorrichtung der obigen Art einschließ­ lich des Sicherheitsventils besteht darin, eine Unterbrechung der Zufuhr von hydraulischer Flüssigkeit zu dem Wegeventil und dadurch eine Abschaltung des Antriebs in Notfällen zu be­ wirken.
In vorbekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Art, wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5,062,266 offenbart, wird die Unterbrechung der Zufuhr von hydraulischer Flüssigkeit zu dem Wegeventil durch das Öffnen eines Ablaufkanals zum Vor­ ratsbehälter bewirkt, um den Pumpendruck abzubauen.
In einigen Fällen jedoch erfüllt diese vorbekannte Art von Sicherheitseinrichtungen nicht die beabsichtigte Sicherheits­ funktion, besonders bei Betrieb unter Niedrigtemperaturbedin­ gungen, bei denen die Viskosität der hydraulischen Flüssig­ keit zunimmt. In solchen Fällen kann trotz des geöffneten Ab­ laufkanals ein gewisser Druck in dem System verbleiben. Dies bedeutet, daß das Risiko besteht, daß der Antrieb nach dem Auslösen der Sicherheitseinrichtung noch eine gewisse Bewe­ gung ausführt, welche beteiligte Personen und/oder die Appa­ ratur gefährden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Antriebs zu schaffen, bei welcher die Merkmale der Sicherheits-Ventilein­ richtung gewährleisten, daß in dem System kein Restdruck ver­ bleibt und daß keine unerwünschte Bewegung des Antriebs nach dem Auslösen der Sicherheits-Ventileinrichtung erfolgt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Im folgenden wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher auf bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung eingegan­ gen. Es zeigen.
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Sicherheits-Ventileinrichtung;
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen hydrauli­ schen Antrieb 10, eine durch eine Pumpe 11 gebildete Druck­ quelle und einen Vorratsbehälter 12 auf. Die Verbindungsan­ schlüsse des Motors 10 für die Flüssigkeit sind mit Rück­ schlagventilen 13a bzw. 13b versehen, welche zur Absicherung gegen gefährliche Bewegungen des Antriebs im Falle plötzli­ cher, zufälliger Druckabfälle dienen.
Ein Umsteuer-Wegeventil 15 besitzt Versorgungsausgänge 15a, b, die mit dem Antrieb 10 über die Rückschlagventile 13a, b verbunden sind, und steht über eine Einlaßöffnung 15c mit der Pumpe 11 in Verbindung. Eine Auslaßöffnung 15d des Ventils 15 ist über einen Ablaufkanal 14 an den Vorratsbehälter 12 ange­ schlossen.
Ein Anschluß 15e mit lastabhängigem Druck des Ventils 15 ist mit einem Nebenschlußventil 16 verbunden, um letzteres zusam­ men mit einer Federkraft gegen den Pumpendruck im Gleichge­ wicht zu halten. Der Auslaß des Nebenschlußventils 16 ist ebenfalls über den Ablaufkanal 14 an den Vorratsbehälter 12 angeschlossen.
Ein Sicherheitsventil 18 ist in der Zufuhrleitung 17 zwischen der Pumpe 11 und der Einlaßöffnung 15c des Wegeventils 15 an­ geordnet. Das Sicherheitsventil 18 ist zwischen einer im Nor­ malfall offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung verschieblich, in welcher es die Flüssigkeitsverbindung zwi­ schen der Pumpe 11 und dem Wegeventil 15 unterbricht.
Ein als Vorsteuerventil dienendes elektromagnetisches Schalt­ ventil 19 leitet im aktivierten Zustand den Pumpendruck zu einer größeren Fläche 20 eines Paares entgegengerichteter Be­ tätigungsflächen 20, 21 an einem Ventilelement 22 des Sicher­ heitsventils 18, wobei der Pumpendruck dauerhaft auf die kleinere Fläche 21 dieser beiden Betätigungsflächen 20, 21 wirkt.
Das Sicherheitsventil 18 zur Unterbrechung des Flusses be­ sitzt zudem eine Ablaufbohrung 24, durch welche der lastab­ hängige Druckanschluß 15e des Wegeventils 15 mit dem Vorrats­ behälter 12 verbunden ist, wenn das Ventil 18 seine geschlos­ sene Position einnimmt.
In Fig. 2 sind die Einzelheiten des Sicherheitsventils 18 und seines Schaltventils 19 dargestellt. Dementsprechend ist das Ventilelement 22 in einer Bohrung verschieblich geführt und mit einem ringförmigen Absatz 27 für das abdichtende Zusam­ menwirken mit einem Ventilsitz 28 in dem Ventilgehäuse 29 ausgebildet. Der Ventilsitz 28 ist in der Zufuhrleitung 17 so angeordnet, daß diese durch das Ventilelement 22 blockiert ist, wenn der Absatz 27 abdichtend an dem Ventilsitz 28 an­ liegt.
In den oberen Teil der Bohrung 28 ist das Schaltventil 19 eingefügt. Dieses besitzt eine elektromagnetische Auslöseein­ richtung 31 und ein konisches Ventilelement 32, welches eine Schaltstromöffnung 33 steuert. Ein Verbindungskanal 34 mit Pumpendruck erstreckt sich von der Zufuhrleitung 17 zu einer Einlaßkammer 35 des Schaltventils 19, und eine Ablaßöffnung 37 verbindet die Bohrung 26 über den Ablaufkanal 14 mit dem Vorratsbehälter 12.
Es ist offensichtlich, daß der elektromagnetische Auslöser an jegliche Art von Betriebssteuerungs- und -überwachungsausrü­ stung zum Erzeugen eines Auslösesignals anschließbar ist. Da dies jedoch nicht Gegenstand dieser Erfindung ist, wird dar­ auf in dieser Beschreibung nicht näher eingegangen.
Ein Kanal 39 mit lastabhängigem Druck in dem Ventilgehäuse 29 steht mit dem Anschluß 15e des Wegeventils 15 in Verbindung, und die Ablaufbohrung 24 in dem Ventilelement 22 ist so ange­ ordnet, daß sie den Kanal 39 mit der Ablaßöffnung 37 verbin­ det, wenn das Ventilelement 22 seine geschlossene Stellung einnimmt. Eine kleine Durchflußdrossel 36 in dem Ventilele­ ment 22 hat die Aufgabe, Flüssigkeit von der Bohrung 26 über die Ablaufbohrung 24 zur Ablaßöffnung 37 ausströmen zu las­ sen.
In Fig. 2 sind außerdem die Einzelheiten des Nebenschlußven­ tils 16 gezeigt, durch welches der momentane Überschuß des Föderstroms von der Pumpe 11 über den Ablaufkanal 14 zum Vorratsbehälter 12 kurzgeschlossen wird. Der Ventilkörper 42 des Nebenschlußventils 16 ist in einer Bohrung 45 verschieb­ lich geführt und wird in Richtung geöffneter Stellung durch den Pumpendruck und in Richtung geschlossener Stellung durch eine Feder 43 und den momentanen Lastdruck betätigt, welcher über eine Kammer 41 angelegt wird. In der geschlossenen Stel­ lung des Nebenschlußventils 16 wirkt ein Vorsprung 44 des Ventilkörpers 42 abdichtend mit der Bohrung 45 zusammen.
Ein Längsbohrung 46 in dem Ventilkörper 42 leitet den Pumpen­ druck von einer Einlaßkammer 47 zum linken Ende des Ventil­ körpers 42.
Während des in Fig. 1 dargestellten Betriebszustands sorgt die Pumpe 11 für das Fördern unter Druck stehender hydrauli­ scher Flüssigkeit über die Versorgungsleitung 17 und das We­ geventil 15 zu dem Antrieb 10. Die hydraulische Flüssigkeit muß das Sicherheitsventil 18, die Einlaßöffnung 15c, den Ver­ sorgungsausgang 15a und das Rückschlagventil 13a passieren. Abhängig vom Öffnungszustand des Wegeventils 15 wird ein ge­ wisser Teil des Flüssigkeitsstroms von der Pumpe 11 über das Nebenschlußventil 16 zum Vorratsbehälter 12 kurzgeschlossen.
Die Größe des abgezweigten Teils des Pumpenstroms hängt so­ wohl vom Gegendruck des Wegeventils 15, d. h. vom Druck in der Zufuhrleitung 17, als auch vom momentanen lastabhängigen Druck ab, welcher vom Anschluß 15e des Wegeventils 15 gelie­ fert wird.
Im dargestellten Betriebszustand sind sowohl das Wegeventil 15 als auch das Nebenschlußventil 16 geöffnet, um zu zeigen, daß nur ein gewisser Teil des Pumpenstroms dazu dient, den Antrieb 10 zu betätigen. Weiterhin ist gezeigt, daß das Schaltventil 19 ausgelöst worden ist und den Druck zur größe­ ren Endfläche 20 des Sicherheits-Ventilelements leitet, wo­ durch die Kraft, die auf die gegenüberliegende kleinere End­ fläche 21 durch den Pumpendruck wirkt, nicht länger das Ven­ tilelement 22 in offener Stellung halten kann. Das Sicher­ heitsventil 18 wird geschlossen, und der Flüssigkeitsstrom zur Einlaßöffnung 15c des Wegeventils 15 wird unterbrochen.
Gleichzeitig mit dem Schließen des Sicherheitsventils 18, d. h. der Unterbrechung der Bewegung des Flüssigkeitsstroms durch die Zufuhrleitung 17, verbindet die Ablaufbohrung 24 des Ventilelements 22 den lastabhängigen Druckanschluß 15e über die Ablaßöffnung 37 und den Ablaufkanal mit dem Vorrats­ behälter 12. Da der Druck in der Zufuhrleitung 17 nun an­ steigt und der lastabhängige Druck abgebaut ist, öffnet das Nebenschlußventil 16 vollständig, um den gesamten Pumpenstrom zum Vorratsbehälter 12 abzuleiten.
In Fig. 3 ist eine alternative Vorrichtung dargestellt, die eine Pumpe 50 besitzt, deren Förderleistung durch eine druck­ betätigte Steuereinrichtung 51 variierbar ist, die mit dem lastabhängigen Druckanschluß 15e des Wegeventils 15 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 51 der Fördermenge der Pumpe 50 ist so gestaltet, daß sie bei einer Zunahme des an dem An­ schluß 15e anliegenden lastabhängigen Drucks den Ausgangsvo­ lumenstrom und -druck der Pumpe 50 steigert und entgegenge­ setzt den Ausgangsvolumenstrom und -druck der Pumpe 50 bei sinkendem Lastdruck verringert.
Demgemäß wird der Ladedruck sofort auf Null verringert, wenn das Sicherheitsventil 18 in einer Notfallsituation geschlos­ sen wird, da der lastabhängige Druckanschluß 15e des Wegeven­ tils 15 über den Ablaufkanal 14 zum Vorratsbehälter 12 entla­ stet wird, was eine sofortige und deutliche Reduzierung des Ausgangsvolumenstroms und -drucks der Pumpe mittels der Steuereinrichtung 51 der Fördermenge bewirkt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist ein Nebenschluß­ ventil 52 vorgesehen, welches keine lastdruckabhängige Ein­ richtung besitzt, sondern zwischen dem Pumpendruck und einer Feder 53 im Gleichgewicht gehalten ist, um einen Nebenschluß­ zweig zum Vorratsbehälter 12 zu öffnen, wenn der Pumpendruck ein bestimmtes, festgelegtes Niveau erreicht.
Unter Bezug auf Fig. 2 führt ein an die elektromagnetische Auslösevorrichtung 31 des Schaltventils 19 geschicktes Si­ cherheits-Abschaltsignal zu einem Anheben des Ventilelements 32 und zum Öffnen einer Verbindung zwischen der Zufuhrleitung 17 und der Bohrung 26 durch den Verbindungskanal 34 und die Einlaßkammer 35. Dies bedeutet, daß der Pumpendruck die obere, größere Endfläche 20 des Ventilelements 22 erreichen kann, und wegen des Größenunterschieds der beiden gegenüber­ liegenden Flächen 20, 21 wird das Ventilelement 22 in seine geschlossene Position verschoben. Der ringförmige Absatz 27 an dem Ventilelement 22 legt sich auf den Ventilsitz 28, und die Zufuhrleitung 17 wird geschlossen.
Zur gleichen Zeit verbindet die Ablaufbohrung 24 in dem Ven­ tilelement 22 den Kanal 39 mit lastabhängigem Druck mit der Ablaßöffnung 37.
Das Sicherheitsventil 18 bleibt solange geschlossen, wie das Schaltventil 19 aktiviert ist, um den Pumpendruck an die obe­ re Endfläche 20 des Ventilelements 22 anzulegen. Wenn das Schaltventil 19 geschlossen ist, wird jedoch der Druck in der Bohrung 26 über die Drossel 36 abgebaut, und der auf die un­ tere Endfläche 21 des Ventilelements 22 wirkende Pumpendruck verschiebt dieses aufwärts, um die Zufuhrleitung 17 erneut zu öffnen.
Wenn das Sicherheitsventil 18 offen ist, wird der Kanal 39 mit lastabhängigem Druck durch das Ventilelement 22 geschlos­ sen, was bedeutet, daß der lastabhängige Druck erneut aufge­ baut wird und auf das Nebenschlußventil 16 wirkt, um dieses dadurch in Richtung der geschlossen Stellung zu belasten.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Antriebs (10) mit einem Wegeventil (15), das über eine Zufuhrleitung (17) mit einer Druckflüssigkeitspumpe (11, 50) in Verbin­ dung steht und mit einer einen lastabhängigen Druck lie­ fernden Einrichtung (15e) versehen ist, die mit einer druckbetätigten Druckeinstelleinrichtung (16; 51) zum Verändern des Flüssigkeitsdrucks innerhalb der Zufuhrlei­ tung (17) im Verhältnis zu dem lastabhängigen Druck ver­ bunden ist, und einer Sicherheits-Ventileinrichtung (18, 19), die in der Zufuhrleitung (17) vor dem Wegeventil (15) angeordnet und so ausgelegt ist, daß sie im akti­ vierten Zustand verhindert, daß unter Druck stehende hy­ draulische Flüssigkeit das Wegeventil (15) erreicht, da durch gekennzeichnet, daß die Sicherheits-Ventileinrich­ tung (18, 19) ein Abschaltventil (18) besitzt, das in der Zufuhrleitung, verstellbar zwischen einer normalerweise offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung, die den Flüssigkeitsstrom sperrt, angeordnet ist, wobei das Abschaltventil (18) einen Kanal (39) mit lastabhängigem Druck aufweist, der mit der einen lastabhängigen Druck liefernden Einrichtung (15e) verbunden ist, sowie einen Druckablaßkanal (14), wobei der Kanal (39) mit lastabhän­ gigem Druck mit dem Druckablaßkanal (14) über das Ab­ schaltventil (18) verbunden ist, wenn letzteres von der offenen in die geschlossene Stellung umgeschaltet ist, so daß die Druckeinstelleinrichtung (16; 51) entlastet ist und daher der Flüssigkeitsdruck in der Zufuhrleitung (17) wesentlich verringert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltventil (18) druckgesteuert ist und ein Ven­ tilelement (22) mit zwei sich gegenüberliegenden Betäti­ gungsflächen (20, 21) verschiedener Größen aufweist, wo­ bei die kleinere Fläche (21) der beiden dauerhaft dem Druck innerhalb der Zufuhrleitung (17) ausgesetzt ist, um eine Vorspannung in der Öffnungsrichtung des Ventilele­ ments (22) auszuüben, wohingegen die größere Fläche (20) der Betätigungsflächen wahlweise mittels eines Schaltven­ tils (19) mit der Zufuhrleitung (17) verbindbar ist, um auf das Ventilelement (22) eine Kraft in Schließrichtung auszuüben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckeinstelleinrichtung (16; 51) ein Neben­ schlußventil (16) aufweist, das vor dem Abschaltventil (18) mit der Zufuhrleitung (17) in Verbindung steht und so angeordnet ist, daß es den Pumpenstrom zu dem Vorrats­ behälter (12) ableitet, wenn das Abschaltventil (18) in seine geschlossene Stellung umgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckeinstelleinrichtung in der Pumpe (50) angeordnete Einstellmittel (51) für die Fördermenge auf­ weist.
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