EP0637564B1 - Sicherheitseinrichtung mit druckbeaufschlagtem Sicherheitsventil - Google Patents

Sicherheitseinrichtung mit druckbeaufschlagtem Sicherheitsventil Download PDF

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EP0637564B1
EP0637564B1 EP19940890096 EP94890096A EP0637564B1 EP 0637564 B1 EP0637564 B1 EP 0637564B1 EP 19940890096 EP19940890096 EP 19940890096 EP 94890096 A EP94890096 A EP 94890096A EP 0637564 B1 EP0637564 B1 EP 0637564B1
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EP
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pressure
monitored
safety
safety valve
switching
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EP19940890096
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Martin Dipl.-Ing. Rauwolf
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Hoerbiger Hydraulik GmbH
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Hoerbiger Hydraulik GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B20/00—Safety arrangements for fluid actuator systems; Applications of safety devices in fluid actuator systems; Emergency measures for fluid actuator systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment

Definitions

  • the invention relates to a safety device, in particular for Load torque limitation for mobile cranes or the like, with one of the pressure of a safety valve that can be acted upon by the pressure medium circuit to be monitored and at least one pressure-medium-actuatable device connected to it Switch-off device that for the duration of an exceedance critical pressure control devices of the pressure medium circuit in the sense influenced a pressure limitation, the safety valve two from monitoring pressure applied, biased switching elements, which switch in a defined sequence as the pressure increases and of which the first switchover is the previously existing connection between the shut-off device and the pressure medium reservoir and that Thereafter, the previously blocked connection of the to be monitored is switched Pressure to the shutdown device opens.
  • Such devices are known and are used, for example specified load torque limitation for mobile cranes or the like.
  • the task of the safety valve is to create a load torque proportional Pressure, for example immediately the working pressure of the one to be monitored Pressure medium circuit, to monitor and when a critical Pressure to apply pressure to the shutdown elements.
  • These shutdown devices then prevent, for example, by blocking or limiting the Operating lever for entering further load-increasing positioning movements. This means that only load-reducing adjusting movements remain possible a decrease in the monitored pressure, which eventually leads to a certain pressure level leads to the lifting of the load torque limitation, the shut-off elements the operating lever again for all actuating movements release.
  • the safety valve is designed as a slide valve, the slide of which has two control edges acting as switching elements and against the force a biasing arrangement corresponding to the pressure to be monitored in the corresponding Control edges and connections having housing slidable is. If the mostly adjustable via the pretensioning arrangement is exceeded critical pressure, the slide is moved and closes in mentioned First, the previously existing connection between the shutdown device and Pressure medium reservoir. After overcoming the essential for leakage-free Coverage is then the previously blocked connection of the monitoring pressure to the shutdown device opened, which in the manner mentioned further load-increasing control inputs can be prevented.
  • the monitored load pressure which initially connects to the shutdown device closed and after overcoming the overlap the connection between Switch-off device and pressure medium reservoir opened again and the switch-off will be annulled.
  • the resuscitation pressure difference results from this a component from the mechanical coverage and a component from friction hysteresis.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages mentioned to avoid known device and in particular on structurally simple and a reliable manner to a device of the type mentioned enable the smallest possible without the leakage described Resuscitation pressure differences can be realized.
  • a safety device of the type mentioned in that the two Switching elements designed as separate seat valves, via a common one Spring arrangement are biased and acted upon by the pressure to be monitored.
  • the seat valves enable the arrangement to operate practically without leakage, the mechanical decoupling of the opening and closing points of these two poppet valves immediately offers the possibility of the resuscitation pressure difference as small as possible and in any case without consideration to carry out the leakage prevention.
  • the common spring arrangement enables a very simple construction of the safety valve and thus the entire safety device.
  • the bias is the common spring arrangement adjustable, making it simple and convenient Way even when the critical pressure is adjusted on Safety valve the required defined sequence of switching of the two separate prestressed switching elements is maintained.
  • Fig. 1 the safety valve Safety device according to the prior art in cross section
  • Fig. 2 shows a corresponding section through an embodiment of the present Invention.
  • the safety valve 1 is part of a safety device not shown here for example, to limit the load torque in vehicle cranes or the like.
  • the pressure of one to be monitored Pressure medium circuit connected via a line, not shown.
  • the connection S stands with a pressure medium-actuatable, also not shown Shutdown device in connection, which for the duration of a Exceeding one via a preload spring 3 and an adjusting screw 4 adjustable critical pressure control devices of the pressure medium circuit, such as control levers of a hand control or the like, in the sense a pressure limitation.
  • a pressure medium-actuatable also not shown
  • Shutdown device in connection, which for the duration of a Exceeding one via a preload spring 3 and an adjusting screw 4 adjustable critical pressure control devices of the pressure medium circuit, such as control levers of a hand control or the like, in the sense a pressure limitation.
  • T Connection to a pressure medium reservoir (also not shown) intended.
  • the safety valve 1 here has a common slide 5 two in the form of switching edges on the slide 5 and associated control edges on Housing 2 realized switching elements 6, 7, which with increasing under Pressure via port P and thus against the force of the preload spring 3 in the illustration slide 5 moved to the left in a defined Switch sequence and of which the first switch (6) the previously existing connection between the shutdown device (connection S) and Pressure medium reservoir (connection T) interrupts and the one that switches afterwards (7) the previously blocked connection of the pressure to be monitored (connection P) to the shut-off device (connection S) opens.
  • FIG. 1 are the same or of functionally identical parts in turn with those already shown in FIG. 1 used and commented reference numerals.
  • Switching elements 6, 7 regardless of the resuscitation pressure difference to solve here are the two switching elements 6, 7 as separate seat valves 8, 9 are formed, which are also separate from the parallel monitoring pressure (port P).
  • the two seat valves 8, 9 are biased via the common spring arrangement 3, here the defined sequence of switching the two seat valves 8, 9 see above it is ensured that different sized, effective sealing diameters can be used on the two seat valves 8, 9. This is the case with a concrete one Embodiment of the seat diameter of the sealing cone of the seat valve 8 formed with 5 mm, while the seat diameter of the switching ball of the seat valve 9 as well as the diameter of the transfer piston 10 is designed with 4.9 mm.
  • the bias is here again common spring arrangement 3 can be varied within limits, thus changing the switching points of the two seat valves 8, 9 together and while maintaining their defined sequence for shifting the critical pressure let it move.
  • connection P When increasing the amount to be monitored via connection P Pressure over the by means of the biasing spring or spring assembly 3rd set critical pressure is based on the discussed diameter ratio the closing surfaces of the two seat valves 8, 9 in the Representation lower seat valve 8 first by means of the conical seat the previously existing connection between the connections S (to which or not Shut-off device (s) shown) and (via the annular gap after the sealing seat) T (reservoir) close - after a corresponding little further Pressure increase then becomes the connection previously closed via the seat ball open between the port P and the port S, which the Connection element for pressure limitation is activated. When the pressure drops on Port P happens in reverse.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, insbesonders zur Lastmomentbegrenzung bei Fahrzeugkränen oder dgl., mit einem vom Druck eines zu überwachenden Druckmittelkreislaufes beaufschlagbaren Sicherheitsventil und zumindest einem damit in Verbindung stehenden druckmittelbetätigbaren Abschaltorgan, das für die Dauer einer Überschreitung eines kritischen Druckes Steuereinrichtungen des Druckmittelkreislaufes im Sinne einer Druckbegrenzung beeinflußt, wobei das Sicherheitsventil zwei vom zu überwachenden Druck beaufschlagte, vorgespannte Schaltorgane aufweist, welche bei ansteigendem Druck in definierter Aufeinanderfolge umschalten und von denen das zuerst umschaltende dabei die vorher bestehende Verbindung zwischen Abschaltorgan und Druckmittelreservoir unterbricht und das danach umschaltende dabei die vorher gesperrte Verbindung des zu überwachenden Druckes zum Abschaltorgan öffnet.
Derartige Einrichtungen sind bekannt und werden beispielsweise zur angegebenen Lastmomentbegrenzung bei Fahrzeugkränen oder dgl. eingesetzt. Die Aufgabe des Sicherheitsventil ist es, einen lastmomentproportionalen Druck, beispielsweise unmittelbar den Arbeitsdruck des zu überwachenden Druckmittelkreislaufes, zu überwachen und bei Erreichen eines kritischen Druckes die Abschaltorgane mit Druck zu beaufschlagen. Diese Abschaltorgane verhindern dann beispielsweise durch Blockierung bzw. Begrenzung der Bedienhebel die Eingabe von weiteren lastvergrößernden Stellbewegungen. Damit bleiben nur noch lastverringernde Stellbewegungen möglich, die zu einem Absinken des überwachten Druckes führen, was schließlich ab einem gewissen Druckniveau wieder zur Aufhebung der Lastmomentbegrenzung führt, wobei die Abschaltorgane die Bedienhebel wieder für alle Stellbewegungen freigeben.
Für derartige Einrichtung wichtig sind neben einen möglichst zuverlässigen, sicheren Funktion auch weitestgehende Leckagefreiheit sowie eine nicht allzugroße Wiederbelebungs-Druckdifferenz. Die Leckagefreiheit ist deshalb wichtig, da der überwachte lastmomentproportionale Druck zumeist von einem der Arbeitszylinder abgenommen wird womit jede Leckage des Sicherheitsventils zu einem unerwünschten und zumeist auch gefährlichen Absinken des Zylinders und damit der Last führt. Unter Wiederbelebungs-Druckdifferenz ist der Unterschied zwischen dem kritischen Lastdruck (bei dem die Druckbeaufschlagung der Abschaltorgane erfolgt) und dem Lastdruck, bei dem die Lastmomentbegrenzung wieder voll aufgehoben ist, zu verstehen.
Bei den bisher bekanntgewordenen Einrichtungen der genannten Art ist das Sicherheitsventil als Schieberventil ausgeführt, dessen Schieber die beiden als Schaltorgane wirkenden Steuerkanten aufweist und gegen die Kraft einer Vorspannanordnung entsprechend dem zu überwachenden Druck im entsprechende Steuerkanten und Anschlüsse aufweisenden Gehäuse verschiebbar ist. Bei Überschreiten des zumeist über die Vorspannanordnung einstellbaren kritischen Druckes wird der Schieber bewegt und schließt damit in erwähnter Weise zuerst die vorher bestehende Verbindung zwischen Abschaltorgan und Druckmittelreservoir. Nach Überwinden der für die Leckagefreiheit wesentlichen Überdeckung wird sodann die vorher gesperrte Verbindung des zu überwachenden Druckes zum Abschaltorgan geöffnet, womit in erwähnter Weise weitere lastvergrößernde Stelleingaben verhindert werden können. Durch Einleiten lastverkleinernder Stellbewegungen erfolgt ein Absinken des überwachten Lastdruckes, womit vorerst die Verbindung zum Abschaltorgan geschlossen und nach Überwindung der Überdeckung die Verbindung zwischen Abschaltorgan und Druckmittelreservoir wieder geöffnet und die Abschaltung aufgehoben wird. Die Wiederbelebungs-Druckdifferenz ergibt sich so aus einem Anteil aus der mechanischen Überdeckung und einem Anteil Reibungshysterese.
Der Nachteil der bekannten Anordnungen liegt im wesentlichen darin, daß zufolge der beschriebenen Konstruktion immer eine gewisse Leckage vom zu überwachenden Druck ins Druckmittelreservoir auftritt. Will man diese Leckage durch eine größere Überdeckung zwischen den Schaltkanten am Schieber und den Steuerkanten am Gehäuse verringern, so erhöht sich damit unmittelbar auf ebenfalls unerwünschte Weise die Wiederbelebungs-Druckdifferenz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die angeführten Nachteile der bekannten Einrichtung zu vermeiden und insbesonders auf konstruktiv einfache und betriebssichere Weise eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu ermöglichen, bei der auch ohne die beschriebene Leckage möglichst kleine Wiederbelebungs-Druckdifferenzen verwirklicht werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Sicherheitseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die beiden Schaltorgane als separate Sitzventile ausgebildet, über eine gemeinsame Federanordnung vorgespannt und vom zu überwachenden Druck beaufschlagt sind. Die Sitzventile ermöglichen einen praktisch leckagefreien Betrieb der Anordnung, wobei die mechanische Entkoppelung der Öffnungs- bzw. Schließpunkte dieser beiden Sitzventile unmittelbar die Möglichkeit bietet, die Wiederbelebungs-Druckdifferenz möglichst klein und auf alle Fälle ohne Rücksicht auf die Leckageverhinderung auszuführen. Die gemeinsame Federanordnung ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau des Sicherheitsventils und damit der gesamten Sicherheitseinrichtung.
Nach einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die wirksamen Abdichtdurchmesser der beiden Sitzventile unterschiedlich groß sind und/oder an einem Sitzventil eine zusätzliche Vorspannfeder angeordnet ist, womit die erforderliche definierte Aufeinanderfolge des Umschaltens der beiden vorgespannten Schaltorgane leicht realisiert werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorspannung der gemeinsamen Federanordnung verstellbar, womit auf einfache und zweckdienliche Weise auch bei einer Verstellung des kritischen Druckes am Sicherheitsventil die erforderliche definierte Aufeinanderfolge des Umschaltens der beiden separaten vorgespannten Schaltorgane beibehalten wird.
Die Erfindung wird im folgenden noch anhand der teilweise schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 das Sicherheitsventil einer Sicherheitseinrichtung nach dem Stande der Technik im Querschnitt zeigt und Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt durch eine Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Das dem Stand der Technik entsprechende Sicherheitsventil 1 nach Fig. 1 ist Teil einer hier nicht weiter dargestellten Sicherheitseinrichtung beispielsweise zur Lastmomentbegrenzung bei Fahrzeugkränen oder dergleichen. Am Anschluß P des Gehäuses 2 ist der Druck eines zu überwachenden Druckmittelkreislaufes über eine nicht dargestellte Leitung angeschlossen. Der Anschluß S steht mit einem ebenfalls nicht dargestellten druckmittelbetätigbaren Abschaltorgan in Verbindung, welches für die Dauer einer Überschreitung eines über eine Vorspannfeder 3 und eine Verstellschraube 4 einstellbaren kritischen Druckes Steuereinrichtungen des Druckmittelkreislaufes, wie etwa Steuerhebel einer Handsteuerung oder dergleichen, im Sinne einer Druckbegrenzung beeinflußt. An diesem Anschluß S können natürlich an sich beliebig viele derartige Abschaltorgane angeschlossen sein. Weiters ist am Gehäuse 2 des Sicherheitsventils 1 noch ein mit T bezeichneter Anschluß zu einem Druckmittelreservoir (ebenfalls nicht dargestellt) vorgesehen.
Das Sicherheitsventil 1 weist hier an einem gemeinsamen Schieber 5 zwei in Form von Schaltkanten am Schieber 5 und zugehörigen Steuerkanten am Gehäuse 2 realisierte Schaltorgane 6, 7 auf, welche bei unter ansteigendem Druck über den Anschluß P und damit entgegen der Kraft der Vorspannfeder 3 in der Darstellung nach links verschobenem Schieber 5 in definierter Aufeinanderfolge umschalten und von denen das zuerst umschaltende (6) dabei die vorher bestehende Verbindung zwischen Abschaltorgan (Anschluß S) und Druckmittelreservoir (Anschluß T) unterbricht und das danach umschaltende (7) dabei die vorher gesperrte Verbindung des zu überwachenden Druckes (Anschluß P) zum Abschaltorgan (Anschluß S) öffnet.
Die für eine möglichst geringe Leckage erforderliche Überdeckung (x1-x2) zwischen den beiden Umschaltpunkten beeinflußt unmittelbar die Wiederbelebungs-Druckdifferenz die noch zusätzlich durch die Reibungshysterese der Anordnung vergrößert wird. Es ist einsichtig, daß bei dieser Anordnung eine an sich zur Verringerung der Leckage günstige Vergrößerung der Überdeckung unmittelbar zu einer unerwünschten Vergrößerung der Wiederbelebungs-Druckdifferenz führt.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2 sind gleiche bzw. von der Funktion her identische Teile wiederum mit den bereits zu Fig. 1 verwendeten und kommentierten Bezugszeichen versehen.
Um das Problem der Leckage der in definierter Aufeinanderfolge umschaltenden Schaltorgane 6, 7 ohne Rücksichtnahme auf die Wiederbelebungs-Druckdifferenz zu lösen sind hier nun die beiden Schaltorgane 6, 7 als separate Sitzventile 8, 9 ausgebildet, welche auch parallel separat vom zu überwachenden Druck (Anschluß P) beaufschlagt sind. Die beiden Sitzventile 8, 9 sind über die gemeinsame Federanordnung 3 vorgespannt, wobei hier die definierte Aufeinanderfolge des Umschaltens der beiden Sitzventile 8, 9 so sichergestellt ist, daß unterschiedlich große, wirksame Abdichtdurchmesser an den beiden Sitzventilen 8, 9 Verwendung finden. So ist bei einem konkreten Ausführungsbeispiel der Sitzdurchmesser des Dichtkegels des Sitzventils 8 mit 5 mm ausgebildet, während der Sitzdurchmesser der Schaltkugel des Sitzventils 9 ebenso wie der Durchmesser des Übertragungskolbens 10 mit 4,9 mm ausgeführt ist.
Zur Sicherstellung derart definierter Aufeinanderfolgen des Umschaltens der beiden Sitzventile 8, 9 könnte aber auch am später umzuschaltenden Sitzventil eine zusätzliche Belastungsfeder oder dergleichen vorgesehen werden.
Über die Stellschraube 4 ist auch hier wiederum die Vorspannung der gemeinsamen Federanordnung 3 in Grenzen variierbar, womit sich die Umschaltpunkte der beiden Sitzventile 8, 9 gemeinsam und unter Beibehaltung ihrer definierten Aufeinanderfolge zur Verschiebung des kritischen Druckes verschieben lassen.
Bei einer Erhöhung des über den Anschluß P anliegenden zu überwachenden Druckes über den mittels der Vorspannfeder bzw. Federanordnung 3 eingestellten kritischen Druck wird zufolge des besprochenen Durchmesserverhältnisses der Schließflächen der beiden Sitzventile 8, 9 das in der Darstellung untere Sitzventil 8 zuerst mittels des Kegelsitzes die vorher bestehende Verbindung zwischen den Anschlüssen S (zu dem bzw. den nicht dargestellten Abschaltorgan(en)) und (über den Ringspalt nach dem Dichtsitz) T (Reservoir) schließen - nach einer entsprechenden geringen weiteren Druckerhöhung wird dann die vorher über die Sitzkugel geschlossene Verbindung zwischen dem Anschluß P und dem Anschluß S geöffnet, womit das Anschaltorgan zur Druckbegrenzung aktiviert wird. Bei absinkendem Druck am Anschluß P passiert sinngemäß das Umgekehrte.
Abgesehen von der dargestellten Ausbildung der beiden Sitzventile 8, 9 als Kegelsitzventil einerseits und Kugelventil andererseits, könnten diese Sitzventile natürlich auch in anderer für den Fachmann naheliegender Weise ausgebildet werden - abgesehen von der beschriebenen Abstufung der Aufeinanderfolge der Umschaltpunkte der beiden Sitzventile 8, 9 könnte diese Aufeinanderfolge beispielsweise auch durch eine auf eines der Sitzventile wirkende zusätzliche Federanordnung oder dergleichen realisiert sein.

Claims (3)

  1. Sicherheitseinrichtung, insbesonders zur Lastmomentbegrenzung bei Fahrzeugkränen oder dergleichen, mit einem vom Druck eines zu überwachenden Druckmittelkreislaufes beaufschlagbaren Sicherheitsventil (1) und zumindest einem damit in Verbindung stehenden druckmittelbetätigbaren Abschaltorgan, das für die Dauer einer Überschreitung eines kritischen Druckes Steuereinrichtungen des Druckmittelkreislaufes im Sinne einer Druckbegrenzung beeinflußt, wobei das Sicherheitsventil (1) zwei vom zu überwachenden Druck beaufschlagte, vorgespannte Schaltorgane (6, 7) aufweist, welche bei ansteigendem Druck in definierter Aufeinanderfolge umschalten und von denen das zuerst umschaltende (6) dabei die vorher bestehende Verbindung zwischen Abschaltorgan und Druckmittelreservoir unterbricht und das danach umschaltende (7) dabei die vorher gesperrte Verbindung des zu überwachenden Druckes zum Abschaltorgan öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltorgane (6,7) als separate Sitzventile (8,9) ausgebildet, über eine gemeinsame Federanordnung (3) vorgespannt und vom zu überwachenden Druck beaufschlagt sind.
  2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Abdichtdurchmesser der beiden Sitzventile (8,9) unterschiedlich groß sind und/oder daß an einem Sitzventil (8,9) eine zusätzliche Vorspannfeder angeordnet ist.
  3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der gemeinsamen Federanordnung (3) verstellbar ist.
EP19940890096 1993-08-02 1994-06-08 Sicherheitseinrichtung mit druckbeaufschlagtem Sicherheitsventil Expired - Lifetime EP0637564B1 (de)

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