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Hydraulischer Antrieb für Hebezeuge Die Erfindung betrifft einen hydraulischen
Antrieb für Hebezeuge, bei dem das Druckmittel im Kreislauf eine regelbare, auch
an einen Druckmittelbehälter angeschlossene Pumpe und einen Flüssigkeitsmotor durchströmt.
Bei Antrieben dieser Art wird ein geschlossener Kreislauf des Druckmittels bevorzugt,
um die Bewegungen bei wechselnder Kraftrichtung sicher unter Kontrolle zu haben.
Bei dem erwünschten geschlossenen Kreislauf muß aber eine verhältnismäßig geringe
Druckmittelmenge sehr schnell umlaufen, wodurch das Druckmittel, z. B. Öl, auf eine
unzulässig hohe Temperatur kommt. Dies bedeutet eine ungünstige Beeinflussung seiner
Eigenschaften, d. h., es altert früher, und damit verringert sich seine Schmierfähigkeit
und Ansaugfähigkeit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den erwünschten geschlossenen
Kreislauf durch Beseitigung dieses Mangels zu vervollkommnen.
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Ausgegangen wird hierbei von der Eigenart des Hebezeugbetriebes, die
darin besteht, daß sich hier Belastung und Förderrichtung sehr häufig ändern.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe gelöst durch eine vom Flüssigkeitsmotor
zum Druckmittelbehälter führende Rückflußleitung mit einem Sperrventil, das durch
den beim Heben und Senken einer Last im Kreislauf herrschenden Arbeitsdruck
die
Rückflußleitung selbsttätig öffnet, und durch ein im Kreislauf zwischen der regelbaren
Pumpe und der Abzweigung der Rückflußleitung angeordnetes Rückschlagventil, welches
ein Rückströmen des Druckmittels zur Pumpe hin verhindert.
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Es ist ein hydraulischer Fräsmaschinentischantrieb bekannt, bei dem
ein die Rückflußleitung beeinflussendes Steuerorgan von dem Arbeitsdruck in der
Druckleitung der dem Tischvorschub zugeordneten Pumpe betätigt wird. Während beim
Erfindungsgegenstand die Aufgabe darin besteht, unter Beibehaltung des für den Hebezeugbetrieb
erwünschten geschlossenen Kreislaufes das im Kreislauf befindliche Druckmittel immer
wieder zu erneuern, indem in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck der sonst geschlossene
Kreislauf zeitweilig zu einem offenen, über den Druckmittelbehälter führenden Kreislauf
gemacht wird, ist bei dem bekannten Antrieb das Problem die Einhaltung eines gleichförmigen,
vom Kolben abgeleiteten Tischvorschubes, und zwar soll ein gleichförmiger Vorschub
auch dann eingehalten werden, wenn unterschiedliche Schnittdrücke am Fräser im hydraulischen
System Druckschwankungen bewirken. Beim bekannten Antrieb hat somit das auf das
Druckmittel ansprechende Steuerorgan eine Regelfunktion auszuüben, d. h., es setzt
dem rückströmenden Druckmittel mehr oder weniger Widerstand entgegen und bestimmt
so die dem Druckmittelbehälter zurückgegebene Menge.
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Zum Unterschied davon ist beim erfindungsgemäßen Antrieb dem Steuerorgan
in Form des druckgesteuerten Sperrventils eine reine Schaltfunktion zugeordnet,
welche bewirkt, daß in Abhängigkeit vom Hebezeugbetrieb das Druckmittel im Kreislauf
erneuert wird.
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Bei verschiedenen Antrieben, z. B. Fahrwerken, Drehwerken, Wippwerken,
wechselt die Druckleitung. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dem dadurch
Rechnung getragen, daß für solche Antriebe mit wechselnder Druckleitung zwei Sperrventile
und an Stelle des Rückschlagventils je ein Rückschlaggegendruckventil vorgesehen
sind.
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Bei geschlossenem Kreislauf besteht bei Hubwerken die Gefahr, daß
bei schnellem Schalten in Richtung »Senken« die Beschleunigung der Seiltrommel größer
ist als die Fallbeschleunigung der Last. Es entsteht hierbei zunächst Schlappseil
und, wenn die Last infolge zunehmender Geschwindigkeit plötzlich das schlappe Seil
straff zieht, sogar die Gefahr des Seilbruches.
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Dieser Mangel wird bei dem Antrieb gemäß der Erfindung nach einem
weiteren Merkmal dadurch vermieden, daß ein Nachsaugventil gleichzeitig als Überdruckventil
ausgebildet ist. Dieses gleichzeitig als Überdruckventil arbeitende Nachsaugventil
wird auf einen solchen Druck eingestellt, daß eine Beschleunigung der Massen des
Hubwerkes über die Fallgeschwindigkeit der Last hinaus unmöglich ist.
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Die Erfindung ist an Hand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben,
die in der Zeichnung schematisch veranschaulicht sind. Es zeigt Abb. I ein Hubwerk
und Abb. 2 ein Fahrwerk, beide mit dem Antrieb nach der Erfindung ausgerüstet.
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Der Antrieb des Hubwerkes nach Abb. I besteht im wesentlichen aus
einer regelbaren Speisepumpe I und einem Flüssigkeitsmotor 2, der über die Welle
3 und ein nicht dargestelltes Getriebe die Hubwerktrommel 4. antreibt. 5 ist das
Hubseil und 6 die Last. Di Speisepumpe I ist als bekannte Axialkolbenpumpe ausgebildet
und wird von einem nicht veranschaulichten Ele@@tromotor angetrieben. O ist ihre
N@@lstellung, d. h. keine Förderung. Beim Verschwenken in Richtung H fördert sie
in die eine Richtung (in Le@@ing 7), beim Verschwenken in Richtung S fördert sie
in die entgengesetzte Richtung (in Leitung 8), wobei sie i den Stellungen H und
S jeweils die größte Fördermenge hat. Um die Last 6 zu heben, wird in vorliegendem
Beispiel die Pumpe I in Richtung H verschwenkt. Sie saugt dann hydraulische Druckmittel
in Form von Ö1 aus dem Druckmittelbehälter 9 durch das Filter Io über die Leitung
I2, in die ein als Überdruckventil ausgebildetes Nachsaugventil I3 eingebaut ist,
und die Leitung 8 an und drückt es über Leitung 7 und Leitung I4 dem Flüssigkeitsmotor
2 zu, der den Druck des Öls in ein Drehmoment umwandelt, welches über die Welle
3 und das nicht dargestellte Getriebe auf die Hubtrommel 4 übertragen und wodurch
die Last 6 angehoben wird. Eine Verlängerung der Leitung I2 ist zwischen Sperrventil
I7 und dem Flüssigkeitsmotor 2 über ein Rückschlagventil I9 mit der Rückflußleitung
I6 verbunden.
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Das Öl strömt von dem Flüssigkeitsmotor 2 über die Leitung I2 und
die von dieser abzweigende Rückflußleitung I6 in den Ölbehälter 9 zurück, wenn das
Sperrventil I7 geöffnet ist. Das Sperrventil I7 ist über eine Fühlleitung I8 mit
der Leitung I4 verbunden und wird von dem jeweils in der Leitung 14 vorherrschenden
Druck gesteuert. Es ist derart eingestellt, daß es bei geringem Überdruck öffnet,
die Rückflußleitung I6 also freigibt. Beim Heben einer Last ist dieser Überdruck
immer vorhanden.
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Ebenso stellt sich beim Heben des leeren Hakens, da die Leitung I2
durch das Rückschlagventil I9 in dieser Richtung gesperrt ist, ein Staudruck ein,
der das Sperrventil 17 öffnet, so daß auch in diesem Falle ein offener Kreislauf
vorliegt.
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Bei der Hubbewegung stellt sich also stets der offene Kreislauf ein,
der von dem Ölbehälter 9 über das Filter io, unteres Ende der Leitung 12, Leitung
8, Pumpe i, Leitung 7, Leitung 14. zu dem Flüssigkeitsmotor 2 und von hier über
die Leitung 12 und die Rückflußleitung 16 mit Sperrventil 17 zu dem Behälter 9 wieder
zurückführt. Das Rückschlagventil i9 in der Leitung 12 hat hierbei die Aufgabe,
zu verhindern, daß, wenn das Sperrventil 17 geöffnet ist, das Öl, anstatt von dem
Flüssigkeitsmotor 2 über die Leitung 12 und die Rückflußleitung 16 in den Behälter
9 zu fließen, über die Leitungen 12 und 8 der Speisepumpe 1 direkt wieder zuströmt.
Beim offenen Kreislauf findet also laufend eine Ölerneuerung statt, wodurch ein
Heißwerden
des Öles vermieden wird. Die Filter Io und I I sorgen
dabei für die Reinigung des Öles.
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Wird die Pumpe I in entgegengesetzte Richtung, in Richtung S geschaltet,
so wird ihre Förderrichtung umgekehrt, und es stellt sich der geschlossene Kreislauf
ein. Die Pumpe I drückt dann über Leitung 8 und Leitung I2 dem Flüssigkeitsmotor
2 Öl zu und saugt das von diesem über Leitung 14 abströmende Öl aus der Leitung
7 wieder an. Ein Abströmen in den Ölbehälter 9 ist nicht möglich, da die beiden
Nachsaugventile I3 und I5 diese Richtung sperren.
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Das Sperrventil I7 ist beim Lastsenken geöffnet, weil die Leitung
14 von der Last her unter Druck steht, also Druckleitung ist; das geöffnete Sperrventil
I7 bleibt jedoch ohne Wirkung. Beim Senken des leeren Hakens bleibt das Sperrventil
I7 geschlossen.
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Das Nachsaugventil I3 ist gleichzeitig als Überdruckventil ausgebildet;
es wird auf einen bestimmten Überdruck eingestellt und hat die Aufgabe, den Druck
zu begrenzen. Wenn nämlich die Speisepumpe I ruckartig von z. B. Null auf große
Fördermenge in Richtung »Senken« verstellt wird, so wäre der Öldruck, der für eine
entsprechende Beschleunigung des Flüssigkeitsmotors 2 nötig ist, sehr hoch. Durch
das als Überdruckventil ausgebildete Nachsaugventil I3 wird dieser Druck und damit
auch das Beschleunigungsvermögen des Flüssigkeitsmotors 2 begrenzt. Hierdurch ist
auch verhütet, daß die Massen des Hubwerkes über die Fallgeschwindigkeit der Last
hinaus beschleunigt werden.
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Der vorbeschriebene Hubwerkantrieb kann auch als Wippwerkantrieb Anwendung
finden, z. B. für ein Wippwerk mittels geschorenem Seil.
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Der in Abb. 2 veranschaulichte Fahrwerkantrieb entspricht in seinem
wesentlichen Aufbau dem Hubwerkantrieb nach Abb. I.
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Bei Vorwärtsfahren wird die Axialkolbenpumpe I in Richtung V verstellt.
Sie drückt dann das durch das Filter Io und die Leitungen I2 und 8 angesaugte Öl
über die Leitungen 7 und 14 dem Flüssigkeitsmotor 2 zu, der sein Drehmoment auf
das nicht näher veranschaulichte Fahrwerk überträgt. Das Ö1 kann von dem Flüssigkeitsmotor
2 über Leitung I2 und die von ihr abgezweigte Rückflußleitung I6 in den Ölbehälter
9 zurückfließen, weil das Sperrventil I7 infolge der positiven Belastung - es sei
angenommen, daß der Kran nicht abwärts fährt - durch den in Leitung 14 vorherrschenden
Druck über die Fühlleitung I8 geöffnet ist. Das Öl beschreibt also den offenen Kreislauf.
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Bei Rückwärtsfahrt, wofür die Speisepumpe I in Richtung R verstellt
werden muß, fördert die Pumpe I das Öl, welches sie durch das Filter I I über die
Leitungen 14 und 7 ansaugt, über die Leitungen 8 und I2 dem hydraulischen Motor
2 zu. Über die Leitung 14 sowie die von ihr abzweigende Rückflußleitung 23 strömt
das vom Flüssigkeitsmotor 2 ausgestoßene Ö1 in den Ölbehälter 9 zurück, wobei es
durch das in dieser Leitung 23 angeordnete Sperrventil 24 fließen muß, welches über
die ihm zugeordnete Fühlleitung 25 von dem Druck in der Leitung I2 gesteuert wird
und infolge der positiven Belastung geöffnet ist. Die beiden Ansaugventile I5 und
2o haben die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß das von der Speisepumpe I geförderte
Öl nur auf dem Wege über den Flüssigkeitsmotor 2 dem Ölbehälter 9 wieder zufließen
kann. Das in die Leitung I2 eingebaute Rückschlaggegendruckventil 2I und das in
die Leitung 14 eingebaute Rückschlaggegendruckventil 22 sind auf einen bestimmten
Überdruck eingestellt. Dadurch wird vermieden, daß das aus dem Flüssigkeitsmotor
kommende Öl über die Leitungen I2 und 8 bzw. 14 und 7 direkt der Speisepumpe I wieder
zufließt; mit ihrer Hilfe wird also der offene Kreislauf, der über den Behälter
9 führt, erzwungen.
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Bei negativer Belastung kann sich beim Fahrwerk sowohl der offene
als auch der geschlossene Kreislauf einstellen, was von dem Druck abhängt, der sich
jeweils in der Leitung I2 bzw. 14 einstellt. Negative Belastungen können z. B. auftreten,
wenn ein Fahrwerk mit dem erfindungsgemäßen Antrieb in einem Bordkran eingebaut
ist. Bei Schräglage des Schiffes muß der Kran abwärts fahren, wobei, bedingt durch
das Kraneigengewicht, der Flüssigkeitsmotor 2 durchgezogen wird, zumindest aber
leer durchlaufen kann. Auch z. B. bei Winddruck kann sich eine negative Belastung
einstellen.
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Hat sich bei negativer Belastung ein Druck in der Leitung 14 bzw.
12 eingestellt, der das Sperrventil I7 bzw. 24 öffnet, so beschreibt das Öl den
offenen Kreislauf, wie er vorstehend bei der positiven Belastung beschrieben ist.
Reicht der sich einstellende Druck nicht aus, um das Sperrventil zu öffnen, so bildet
sich je nach Fahrtrichtung vor dem Rückschlaggegendruckventil 2I (bei Vorwärtsfahrt)
bzw. vor dem Rückschlaggegendruckventil 22 (bei Rückwärtsfahrt) ein Staudruck, der
das Rückschlaggegendruckventil 2I bzw. 22 öffnet. Der geschlossene Kreislauf stellt
sich dann ein entweder auf dem Wege von dem hydraulischen Motor 2 über Leitung I2
mit Rückschlaggegendruckventil 21, Leitung 8, Speisepumpe i, Leitung 7 und Leitung
14 mit Rückschlaggegendruckventil 22 zum Flüssigkeitsmotor 2 zurück (bei Vorwärtsfahrt)
oder in umgekehrter Richtung (bei Rückwärtsfahrt).
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Im praktischen Betrieb findet also ein sehr häufiger Wechsel von offenem
auf geschlossenen Kreislauf statt; hierdurch wird ständig ein Teil des umlaufenden
Druckmittels aus dem Kreislauf ausgesondert und durch frisches aus dem Druckmittelbehälter
ersetzt. Das Druckmittel kann daher nicht unzulässig hoch erwärmt werden und verliert
seine guten Eigenschaften in weitaus geringerem Maße als bei den bekannten Triebwerken
mit dem üblichen geschlossenen Kreislauf.
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Der Antrieb nach Abb. 2 ist in dieser Form auch als Antrieb für Drehwerke
geeignet.