DE4425455A1 - Hydraulische Steuereinrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Erhöhung der zulässigen Hubkraft und zum Schutz von Bauteilen ist es bei Ladekranen bekannt, bei reduzierter Bewegungsgeschwindigkeit die Hubkraft eines Kranes um 10 bis 15 Prozent zu erhöhen; dies ist zulässig. Die Geschwindigkeit der Hauptbewegung muß beim Erreichen von 80% der zulässigen Hubkraft selbsttätig auf 20% gesenkt werden. Dies betrifft sowohl die Heben- als auch die Senkrichtung. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, in einem Wegeventil mit mechanischer Betätigung Mittel zur Beeinflussung des Zu- und Ablaufölstroms im Steuerschieber des Wegeventils anzuordnen. Dazu weist der Steuerschieber zwei Ringnuten auf, die eine Verbindung zwischen bestimmten Kanälen herstellen und außerdem sind Hohlräume vorgesehen, wodurch zwei getrennte Kammern gebildet werden, von denen die erste an die Ölrückführkanäle der Zylindervorschubkammer und die andere zur Abgabe und Rückfuhr von Öl für die genannte Zylinderrücklaufkammer vorgesehen sind. Durch entsprechende Drosselkanäle im Steuerschieber wird erreicht, daß bestimmte Zylindervorschubgeschwindigkeiten nicht über- oder unterschritten werden, so daß die eingangs genannte Bedingung erfüllt ist. Die gedrosselte Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit bewirkt geringere Zusatzbeanspruchungen, so daß das Produkt von Belastung × Zusatzbeanspruchung konstant ist. Der hierbei erreichte zulässige Festigkeitsüberschuß des Kranes wird zugunsten der Hubkraft genutzt. Dieser Vorgang erfolgt völlig selbsttätig. Der einzige, merkbare Unterschied gegenüber bisherigen Einrichtungen besteht in einer langsameren Kranbewegung beim Hantieren sehr schwerer Lasten, was ja erreicht werden soll. Eine derartige bekannte Einrichtung arbeitet jedoch noch nicht in allen Betriebsbereichen voll befriedigend, auch ist ihre Einsatzmöglichkeit noch nicht voll ausgeschöpft.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße hydraulische Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sowohl eine mechanische und elektrische Ansteuerung mechanisch betätigter Ventile und auch ein nachträglicher Einbau in den Kran möglich ist, daß die Strombegrenzung einstellbar ist und daß das Lastsignal außerhalb der Wegeventile gemessen wird und nur ein Signal die Begrenzung ein- und ausschaltet. Weiterhin ist eine stetige Zu- und Abschaltung der Strombegrenzung möglich und die Übergangsfunktion der Geschwindigkeitsreduzierung ist wählbar. Eine Sicherheitsschaltung wird ohne steuerdruckreduzierte Geschwindigkeiten erreicht; es entsteht kein Ölstromverlust, da eine Zulaufstrombegrenzung mit Zwei-Wege-Druckwaagen erfolgt, anstatt eines Bypaßes zum Tank.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in Fig. 1 eine hydraulische Steuereinrichtung für einen Kran in teilweise schematischer Darstellung, in Fig. 2 eine Abwandlung des vorherigen Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 ein sogenannter Knickkran bezeichnet, der einen ersten Hydrozylinder 11 für die Hebenfunktion und einen zweiten Hydrozylinder 12 für die Knickfunktion aufweist. Die Hydrozylinder werden mit Druckmittel versorgt von einer Pumpe 13, die dieses aus einem Behälter 14 ansaugt und in eine Förderleitung 15 verdrängt, die zu einer Zweiwege-Druckwaage 16 führt, um diese herumgeführt ist und von der ein erster Zweig 18 zur Versorgung des Hydrozylinders 11 und ein zweiter Zweig 19 zur Versorgung des Hydrozylinders 12 abgeht. Die Steuereinrichtungen A und B hierfür sind gleich ausgebildet, auf sie wird jedoch erst weiter unten eingegangen.

Von der Förderleitung 15 zweigt auch noch eine Leitung 21 ab, die zu einem Steuerdruckventil 22 führt und über dieses hinaus zu einem proportionalen Druckventil 23. Vom Zweig 21A mit dort ausgebildeter, nicht näher bezeichneter Drossel zweigt vor dieser eine Steuerleitung 24 ab, welche an die linke Seite des Steuerdruckventils führt, auf dessen entgegengesetzte Seite eine Reglerfeder 25 einwirkt. Vom Steuerdruckventil 22 führt eine Leitung 27 zur Rückleitung 28 der Gesamthydraulikeinrichtung, und in den Behälter 14 mündet.

Die Zweigleitung 21A führt vom Proportionaldruckventil 23 zur Steuerkammer 30 eines kleinen Druckzylinders 31 mit Kolben 32, auf den entgegen dem Druck in der Steuerkammer 30 eine Druckfeder 33 einwirkt. Dadurch ist die Vorspannkraft der Druckfeder veränderbar; sie wirkt auf ein Druckbegrenzungsventil 34, auf welches der Druck einwirkt aus einer Leitung 35, welche einerseits an die eine Stirnseite der Druckwaage 16 angeschlossen ist, auf welche Stirnseite auch eine Reglerfeder 37 einwirkt, und zwar entgegen dem Druck in einer Steuerleitung 38, welche an die Förderleitung 15 angeschlossen ist. Andererseits führt die Leitung 35 zu den Steuereinrichtungen A bzw. B für die beiden Hydrozylinder 11, 12.

Die Leitung 35 führt unmittelbar zu den dem Hydrozylinder 12 zugeordneten 4/3-Wegeventil 41. An dieses ist auch die Rückleitung 28 angeschlossen. Außerdem zweigt von derselben Seite des Wegeventils auch die Zweigleitung 19 ab, die mit einer verstellbaren Meßblende 42 und einer vorgeschalteten Druckwaage 43 verbunden ist. Auf die eine Seite der Druckwaage 43 wirkt über eine Steuerleitung 44 der Druck aus der Leitung 19 ein, auf die andere Seite der Druck aus einer Steuerleitung 45, welche an die Leitung 35 angeschlossen ist, sowie die Kraft einer Reglerfeder 46. Auf die Meßblende 42 wirkt einerseits über eine Steuerleitung 48, die an eine Leitung 49 angeschlossen ist, der Druck aus dieser Leitung ein, entgegen der Kraft einer Reglerfeder 50. Die Leitung 49 ist an eine Leitung 52 angeschlossen, die von der Leitung 21A ausgeht. Die Meßblende 42 vermag im Prinzip zwei Schaltstellungen I und II einzunehmen, jedoch mit fließendem Übergang, wobei die Schaltstellung I dann eine Festdrossel ist. Zwischen der Meßblende 42 und deren Anschluß an das Wegeventil 41 ist ein nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil angeschlossen.

Die Leitung 28 führt über das Wegeventil 41 hinaus zu einer Druckwaage 54 und einer nachgeschalteten Meßblende 55 zur einen (oberen) Seite des Hubzylinders 12. Die Druckwaage 54 ist von der einen Seite her über eine an die Leitung 28 angeschlossene Steuerleitung 57 druckbeaufschlagt, andererseits über eine Steuerleitung 59, welche einerseits an die Leitung 28 angeschlossen ist und von dieser wieder zurück zur Leitung 28 führt und dort an einer Stelle mündet, die vor der Druckwaage 54 liegt. In der Steuerleitung 59 ist ebenfalls ein nicht weiter gezeigtes Rückschlagventil angeordnet. Außerdem wirkt auf die Druckwaage eine Regelfeder 58 ein. Die Meßblende 55 ist von einer Seite über die Leitung 35 beaufschlagt, dem entgegen wirkt eine Regelfeder 60.

Vom Wegeventil 41 führt außerdem eine Leitung 62 über eine Druckwaage 63 und eine Meßblende 64 zur anderen Seite des Hubzylinders 12. Die Druckwaage 63 ist einerseits beaufschlagt über eine Steuerleitung 65, die verbunden ist mit der Leitung 62 hinter der Meßblende 64 und ausgeht von der Leitung 62 an einer Stelle vor der Druckwaage 63, andererseits vom Druck in einer Steuerleitung 67, welche ausgeht von der Leitung 62, und zwar von einer Stelle zwischen Druckwaage 63 und Meßblende 64, sowie belastet ist von der Kraft einer Reglerfeder 68. Die Meßblende 64 ist von der einen Stirnseite her beaufschlagt über die Leitung 49, welche an die Leitung 52 angeschlossen ist, andererseits von einer Reglerfeder 70. Sowohl die Meßblende 55 wie auch die Meßblende 64 vermögen im Prinzip zwei Schaltstellungen I und II einzunehmen, wobei die Schaltstellung I - genauso wie bei der Meßblende 50 - eine Festdrossel ist. Das Wegeventil 41 ist beliebig einstellbar, zum Beispiel elektrisch, hydraulisch oder von Hand.

Die Steuereinrichtung A für den Hydrozylinder 11 ist genauso aufgebaut wie die Steuereinrichtung B für den Hydrozylinder 12. Deshalb ist sie nicht ganz in dieser Ausführlichkeit beschrieben, wie oben. Sie besteht aus einem 4/3-Wegeventil 73, an das eine Leitung 74 heranführt, die an die Rückleitung 28 angeschlossen ist. An die selbe Seite führt die Leitung 18 über ein nicht weiter bezeichnetes Rückschlagventil und setzt sich dahinter fort und führt über eine Druckwaage 75 und eine Meßblende 76 zum oberen Teil des Hubzylinders 11 (Knickzylinder). An den unteren Druckraum des Hubzylinders 11 ist eine Leitung 77 angeschlossen, die über eine Meßblende 79 und eine vorgeschaltete Druckwaage 80 an das Wegeventil 73 angeschlossen ist. Vom Wegeventil 73 führt noch eine Steuerleitung 81 über ein Wechselrückschlagventil 82 zur Leitung 35. Außerdem ist an die Leitung 77 eine Leitung 83 angeschlossen, die an die eine Stirnseite des Proportionaldruckventils 23 führt, auf dessen andere Seite eine insbesondere einstellbare Druckfeder 84 einwirkt. An der von der Leitung 15 zum Wegeventil 73 führenden Leitung 18 sind eine Druckwaage 86 und eine nachgeschaltete Meßblende 87 angeschlossen. Die Meßblenden 76, 79 und 87 vermögen wiederum im Prinzip zwei Schaltstellungen I und II einzunehmen, wobei die Schaltstellung I eine Festdrossel bedeutet.

Die Druckwaage 86 ist von der einen Seite her über eine an die Steuerleitung 81 angeschlossene Leitung 90 beaufschlagt und von einer Regelfeder 91 belastet, entgegen dem Druck aus einer Steuerleitung 92, welche an die Leitung 18 angeschlossen ist, und zwar an einer Stelle zwischen der Druckwaage 86 und der Meßblende 87. Diese ist von der einen Seite her beaufschlagt über eine Steuerleitung 93, welche an eine Leitung 94 angeschlossen ist, die von der Leitung 52 ausgeht, andererseits über eine Reglerfeder 95 belastet ist. Die Leitung 94 mündet an der einen Stirnseite der Meßblende 79, auf deren andere Seite eine Reglerfeder 96 einwirkt. Die eine Seite der Druckwaage 80 ist über eine Steuerleitung 98 beaufschlagt, die von der an die Leitung 77 angeschlossenen Leitung 74 ausgeht, und zwar von einer Stelle zwischen dem Wegeventil 73 und der Druckwaage 80, und welche auch angeschlossen ist wiederum an die Leitung 74, aber hinter der Meßblende 79. Entgegen dieser Kraft wirkt auf die andere Seite der Druckwaage 80 eine Reglerfeder 100 und die Druckkraft aus einer Steuerleitung 101, welche an die Leitung 74 angeschlossen ist, und zwar an eine Stelle zwischen Druckwaage 80 und Meßblende 79. In der Umgehungsleitung 98 ist wiederum ein nicht weiter bezeichnetes Rückschlagventil angeordnet.

Die Meßblende 76 ist von der einen Seite her über eine an die Leitung 52 angeschlossene Steuerleitung 102 belastet entgegen der Kraft einer Reglerfeder 103. Die Druckwaage 75 ist einerseits beaufschlagt über eine Steuerleitung 105, welche an die Leitung 18 vor der Druckwaage und hinter der Meßblende 76 angeschlossen ist, andererseits über eine Steuerleitung 106, die ebenfalls an die Leitung 18 angeschlossen ist, an einer Stelle zwischen Druckwaage 75 und Meßblende 76, und der Kraft einer Reglerfeder 107.

Daraus ist zu erkennen, daß zur Steuerung der beiden Hydrozylinder 11, 12 zwei identische Steuereinrichtungen A und B gehören, mit jeweils drei Meßblenden und drei Zweiwege-Druckwaagen sowie jeweils einem Wegeventil. Im Ausführungsbeispiel ist eine Konstantpumpe 13 vorgesehen, es kann jedoch auch eine Verstellpumpe verwendet werden.

Der Funktionsablauf wird nun am Beispiel einer Anlage mit Konstantpumpe beschrieben. Die Druckwaage 16 erzeugt einen Neutralumlaufdruck von etwa 10 bar - insbesondere durch die Einwirkung der Reglerfeder 37 - der über die Leitung 21 und das sich in Schaltstellung I befindliche Steuerdruckventil 22, die Leitung 21A und das sich ebenfalls in Schaltstellung I befindliche Proportionalventil 23 und weiter über die Leitung 21A an den Meßblenden 87, 79, 76, 48, 64 und 55 über die entsprechenden Steuerleitungen anliegt und sie in die Schaltstellungen II schaltet. In dieser Stellung begrenzen die Meßblenden die Normalgeschwindigkeit an den Hydrozylindern 11, 12, die in Grenzen einstellbar ist.

Befindet sich beispielsweise das Wegeventil 73 in Stellung 2, so fließt Druckmittel über die Förderleitung 15 zur Leitung 18, über die Druckwaage 86 und die Meßblende 87 sowie das Wegeventil 73 in die Leitung 74 uns weiter über das Rückschlagventil in die Leitungen 74 und 77 und in den unteren Druckraum des Hubzylinders 11. Dies ist die Zulaufstromregelung. Vom oberen Druckraum fließt Druckmittel über die Leitung 18 sowie die Meßblende 76, die Druckwaage 75 und das Wegeventil 73 in die Leitung 74 und von dieser in die Rückleitung 28 zum Behälter 14. Dies ist die Ablaufstromregelung. Das Rückschlagventil vor dem Wegeventil 73 verhindert ein Rückströmen vom unteren Druckraum des Hubzylinders 11 in die Leitung 18.

Genau derselbe Vorgang spielt sich ab, wenn der Hubzylinder 12 betätigt werden soll. Der im unteren Druckraum des Hubzylinders 11 herrschende Druck wird von der Leitung 77 in die Leitung 83 weitergeleitet und wirkt auf das Proportionaldruckventil 23 von der linken Stirnseite her entgegen der Kraft der Feder 84.

Erreicht der Druck im Hubzylinder 11 den am Proportionaldruckventil 23 eingestellten Wert, der 80% der zulässigen Hubkraft entspricht, beginnt sich das Ventil von seiner Schaltstellung I kontinuierlich in seine Schaltstellung II umzuschalten. Mit nun absinkendem Steuerdruck in den Leitungen 21A, 52, der an diese angeschlossenen Leitung 94 und ebenfalls der an die Leitung 52 angeschlossenen Leitung 49 beginnen die Meßblenden 79 und 87 sich aus der jeweiligen Stellung II in die Stellung I umzuschalten. Bei völliger Entlastung durch entsprechenden Druck in den ebengenannten Leitungen sind die Meßblenden völlig in ihre Stellung I mit konstantem Drosselquerschnitt für die fest eingestellte, reduzierte Senk- bzw. Hubgeschwindigkeit geschaltet.

Die Druckwaagen 86 und 43 regeln den Ölstrom von der Pumpe 13 zu den Zylindern 11, 12 und die Druckwaagen 80, 75, 68, 54 den Ölstrom von den Hubzylindern zum Behälter. Bei sinkendem Steuerdruck, der ja auch über die Leitung 21A in der Steuerkammer 30 des Druckzylinders 31 herrscht, überwiegt die Kraft der Druckfeder 33 den Flüssigkeitsdruck und spannt die Feder 109 des Druckbegrenzungsventils 34. Dadurch steigt der Druck im Leitungsnetz 35 und den daran angeschlossenen Leitungen, in der Anlage um etwa 15% an. Damit ist die eingangs erwähnte Forderung erreicht, die Geschwindigkeit der Hauptbewegung beim Erreichen von 80% der zulässigen Hubkraft selbsttätig auf 20% zu senken.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 unterscheidet sich vom vorigen eigentlich nur darin, daß nun in der Leitung 83 ein elektronischer Drucksensor 110 angeordnet ist, der seine Signale an ein elektronisches Steuergerät 111 weiterleitet. Von diesem führt eine elektrische Leitung 112 zum Proportionaldruckventil 23. Außerdem führt eine zweite elektrische Leitung 113 zu einem zweiten Proportionaldruckventil 114, das genauso ausgebildet ist, wie dasjenige 23. Damit erreicht man eine elektronische Signalverarbeitung, d. h. eine elektronisch-lastabhängige Strombegrenzung,die sich besonders feinfühlig auf die Anlage abstimmen läßt. Der Belastungszustand des Kranes wird vom Drucksensor 110 gemessen und mit geeigneten Logik- und Rampenfunktionen steuern die am Ausgang angeschlossenen elektrisch betätigten Proportionaldruckventile 23 und 114 den Druck zur Meßblendenverstellung, und zwar im Prinzip genauso, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Dieses System erlaubt die Ansteuerung der Meßblenden der Wegeventile, zum Beispiel Heben und Knicken. Dabei ist das Druckproportionalventil 23 der Steuereinrichtung B für den Knickzylinder 12 zugeordnet, das Proportionalventil 114 der Steuereinrichtung A für den Hubzylinder 11. Die einzelnen Steuerleitungen sind, wie dies der Schaltplan nach Fig. 2 zeigt, entsprechend zu modifizieren.

Claims (8)

1. Hydraulische Steuereinrichtung für mindestens einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder (11, 12), insbesondere eines Krans, mit Steuermitteln zur Regelung der Bewegungsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders, wobei diese Steuermittel in Form von Drossel- und Stromregelventilen so abgestimmt sind, daß bei Erreichen der zulässigen Kraft des Hydraulikzylinders von etwa 80% die Bewegungsgeschwindigkeit selbständig auf etwa 20% gesenkt und die Hubkraft um etwa 10 bis 15% erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpe (13) eine Druckwaage (16) zugeordnet ist, die einen niedrigen Umlaufdruck im Hydrauliknetz erzeugt, der über ein Steuerdruckventil (22) und ein nachgeschaltetes Proportionaldruckventil (23, 114) an einer jeder Druckkammer des Hubzylinders zugeordneten, verstellbaren Meßblende (48, 55, 64; 87, 76, 79) wirksam wird, daß jeder Meßblende eine Druckwaage (54, 68; 75, 80) vor- bzw. nachgeschaltet ist - bezogen auf die jeweilige Strömungsrichtung, und daß zu dem, jedem Hubzylinder zugeordneten Wegeventil (41, 73) eine Druckwaage (43, 86) für den Druckmittelstrom von der Pumpe zum Hubzylinder und eine Druckwaage (54, 68, 75, 80) vom Hubzylinder zum Behälter gehört.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wegeventil (41, 73) jeweils eine der Meßblenden (42, 87) vorgeschaltet ist, während sich die anderen Meßblenden zwischen dem Wegeventil und dem Hubzylinder befinden.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansprechdruck der der Pumpe zugeordneten Druckwaage (16) durch ein Druckbegrenzungsventil (34) veränderbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (23) an der Hochdruckseite des Hubzylinders (11, 12) entgegen Federkraft beeinflußt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Hochdruckseite des Hubzylinders ein Drucksensor (110) für ein elektronisches Steuergerät (111) angeschlossen ist, welches das dem Druckzylinder zugeordneten Druckproportionalventil (23, 114) steuert.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaagen als Zweiwege-Druckwaagen ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßblenden auch eine Konstantdrossel-Durchflußstellung haben.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen Hub- und Knickzylinder eines Krans vorgesehen sind und für jeden Zylinder eine identische Steuereinrichtung (A, B) dient.