EP0695878B1

EP0695878B1 - Hydraulische Steuervorrichtung

Info

Publication number: EP0695878B1
Application number: EP95112101A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Brunner
Original assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1999-12-01
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: DE59506205D1; DE59507312D1; DE9412531U1; EP0695878A1; ATE187228T1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuervorrichtung, insbesondere für ein Hebezeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus EP-A-503 266 bekannt.

Bei Lasthebemechanismen wie Mobilkränen lassen sich Schwingbewegungen der Last und des die Last bewegenden Hydromotors nicht vermeiden, die zu Druckschwingungen im System und in der Aufsteuerdruckleitung des Lasthalteventils der Steuervorrichtung führen (EP-A1-0 499 694 (Fig. 4) und EP-A1-0 503 266). Wird ferner das Lasthalteventil rasch aufgesteuert, dann entsteht in der Aufsteuerdruckleitung eine erste Druckwelle mit hoher Amplitude, bis der Hydromotor unter der Last losfährt. Dadurch fällt der Druck in der Aufsteuerdruckleitung ab, so daß das Lasthalteventil etwas zusteuert, ehe eine neue Druckwelle entsteht. Es folgen dann weitere allmählich abnehmende Druckwellen. Druckschwingungen sollen jedoch an der Aufsteuerseite des Lasthalteventils so gedämpft werden, daß eine gleichförmige Bewegung des Hydromotors erfolgt. Die Amplituden der Druckschwankungen sind ihrer Größe nach bekannt. Die Dämpfdrossel, die beiden gegensinnig unter bestimmten Betriebszuständen jeweils die Dämpfdrossel umgehenden Rückschlagventile sowie die Beipaßleitung mit ihrer Drosselkombination dämpfen diese Druckschwingungen an der Aufsteuerseite des Lasthalteventils rasch ab. Bei einem lastdruckabhängig arbeitenden Lasthalteventil wirkt der Lastdruck in Öffnungsrichtung am Ventilschließelement. Je größer die Last ist, desto kleiner wird der Aufsteuerdruck für das Lasthalteventil. Der Aufsteuerdruck kann über den Lastbereich mit einer Zehnerpotenz variieren. Über das in Zusteuerrichtung öffnende vorgespannte Rückschlagventil zur Umgehung der Dämpfdrossel und/oder die Dämpfdrossel kann speziell bei hohem Lastdruck der Aufsteuerkolben nicht schnell genug entlastet werden. Es tritt eine gefährliche Nachlaufbewegung des Hydromotors auf. Diese Gefahr herrscht besonders bei kaltem, zähem Druckmittel und hohem oder mittlerem Lastdruck, bei einer Notabschaltung, wie sie z.B. an einer Lastgrenze von außen eingesteuert wird, und beim langsamen Bewegen einer großen Last zu einem bestimmten Punkt mit wenig aufgesteuertem Wegesteuerventil. Das Erfordernis der Dämpfung und die Vorgabe, auch große Lasten punktgenau anhalten zu können, stehen sich im Weg. Bei Mobilkränen, z.B. zum Aufbau von Fertigteilbauwerken sind Bauwerkskomponenten jedoch punktgenau, schwingungsarm und rasch zu positionieren.

Bei einem aus DE 25 59 029 A1 bekannten, als Lastehalteventil nutzbaren Bremsventil wirkt der Lastdruck in Öffnungsrichtung auf das Ventilschließglied ein, was bedeutet, daß der Aufsteuerdruck des Bremsventils mit zunehmendem Lastdruck geringer wird.

Weitere Ventilkonstruktionen für ähnliche Funktionen sind zu entnehmen aus DE-U-85 10 560, DE-A-32 16 580, DE-A-32 34 496 und US-A-46 24 445, wobei in DE-A-3 234 496 in einem vorsteuerseitig gedämpften Vorsteuerschieber in einer direkten Ablaßleitung zum Tank ein druckausgeglichenes Ventilschließelement verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Steuervorrichtung zu schaffen, bei der zwar Druckschwingungen in ihrer Auswirkung auf das Lasthalteventil rasch abgedämpft, jedoch beim gewollten Anhalten der Last Nachlaufbewegungen des Hydromotors auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen vermieden werden.

Die gestellte Aufgabe wird mit einer hydraulischen Steuervorrichtung mit der Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Überraschenderweise ergibt sich mit der Kombination eines bezüglich des Lastdrucks druckentlasteten Lasthalteventils, bei dem der Aufsteuerdruck unabhängig von der Last ist, und der Dämpfungsvorrichtung ein einwandfreies Arbeiten der Steuervorrichtung. Druckschwingungen klingen an der Aufsteuerseite des Lasthalteventils und auch im Gesamtsystem rasch ab. Nachlaufbewegungen treten bei gewolltem Anhalten der Last auch unter extremen Betriebsbedingungen nicht mehr auf. Es läßt sich das Ansprechverhalten der Dämpfungsvorrichtung genau auf die bekannten Amplituden der Druckschwingungen abstimmen. Trotzdem läßt das Zuhalteventil bei kritischen Betriebszuständen das Druckmittel unter Umgehung der die Zusteuerbewegung dämpfenden Dämpfdrossel abströmen, um das Lasthalteventil bei Bedarf gewollt zuverlässig zuzusteuern, und zwar auch bei einer Notabschaltung des Systems oder bei kaltem Druckmittel. Die vom Lastdruck unbeeinflußte Federbelastung des Ventilschließelementes des Lasthalteventils öffnet dann entweder das nur zum Dämpfen gebrauchte Zuhalteventil direkt oder das Zuhalteventil wird mittels des Kolbens entlastet, um die Last punktgenau anzuhalten. Die Dämpfungsvorrichtung weist sozusagen eine eingebaute Intelligenz auf, die es ihr ermöglicht, zu erkennen, ob gedämpft oder zugesteuert werden muß, um jeweils entsprechend zu reagieren.

Bezüglich des Lastdrucks druckentlastete Lasthalteventile sind zwar bekannt aus DE-A1-32 37 103 und DE-A1-35 09 952. Jedoch hat in diesen Lasthalteventilen der Aufsteuerkolben die gleiche Beaufschlagungsfläche wie das Ventilschließelement, so daß sich nur eine Dämpfungsvorrichtung mit einer in Aufsteuerrichtung umgehbaren Dämpfdrossel verwenden läßt, deren Dämpfwirkung unzureichend ist, und die bei Druckschwingungen, kaltem Druckmittel oder bei einer Notabschaltung das Zusteuern des Lasthalteventils verzögert.

Um beim raschen Ansprechen des Zuhalteventils ein schlagartiges Anhalten der Last zu vermeiden, das erneut Druckschwingungen hervorrufen könnte, ist die Hilfsdämpfdrossel vorgesehen. Sie ist zweckmäßigerweise einstellbar, um eine Feinanpassung an die Betriebsbedingungen zu ermöglichen.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 wird der am Aufsteuerkolben wirkende Druck bei einer zum Zusteuern des Lasthalteventils vorgenommenen Druckabsenkung in der Aufsteuerdruckleitung über die Umgehungsleitung direkt zum Tank abgebaut, wobei der Kolben des Zuhalteventils nach Art eines Druckfühlers wirkt. Das Zuhalteventil läßt keinen Druckmittelstrom aus der Aufsteuerdruckleitung zum Aufsteuerkolben zu, sondern steuert nur die Entlastung des Aufsteuerkolbens, um die Last punktgenau anzuhalten. Das Zuhalteventil zwingt in der Absperrstellung die Dämpfungsvorrichtung zum Arbeiten. In der Durchgangsstellung bringt es die Dämpfungsvorrichtung im Hinblick auf ein exaktes Zusteuern des Lasthalteventils außer Funktion.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 4 ist baulich einfach und funktionssicher. Die gegenüber der Beaufschlagungsfläche des Schließgliedes größere Beaufschlagungsfläche des Kolbens sorgt dafür, daß das Zuhalteventil auch bei den Druckschwingungen in der Sperrstellung bleibt und die Dämpfungsvorrichtung wie vorgesehen zum Arbeiten zwingt. Das Flächenverhältnis wird im Hinblick auf die bekannte Größe der Amplituden der Druckschwingungen gewählt, um sicherzustellen, daß das Zuhalteventil im wesentlichen nur dann die Umgehungsleitung zum Tank öffnet, wenn der Druckabfall in der Aufsteuerdruckleitung (über das Wegeventil oder bei einer Sicherheitsabschaltung) die zu erfordernde Bedingung eines Anhaltens der Last repräsentiert. Wenn beispielsweise das Lasthalteventil zum Senken der Last aufgesteuert wird, und am Kolben einerseits und am Schließglied andererseits der gleiche Druck herrscht, bleibt das Zuhalteventil dennoch in der Absperrstellung, und auch bei Druckschwankungen mit den vorbestimmten Amplituden. Ist das Lasthalteventil zuzusteuern, dann geht das Zuhalteventil in die Durchgangsstellung. Das Druckmittelvolumen, das durch den Aufsteuerkolben verdrängt wird, gelangt widerstandslos zum Tank, so daß kein störender Stau eintritt. Um den bekannten Bereich der Amplituden der Druckschwingungen so abdecken zu können, daß das Zuhalteventil bei den Druckschwingungen nicht in die Durchgangsstellung gelangt, ist ein Flächenverhältnis von beispielsweise 1:3 zugunsten des Kolbens zweckmäßig.

Gemäß Anspruch 5 reicht ein geringer Öffnungsüberdruck aus, das Lasthalteventil in kritischen Situationen gewollt zuzusteuern.

Mit den Maßnahmen gemäß Anspruch 6 läßt sich die hydraulische Steuervorrichtung sehr feinfühlig an die jeweiligen Einsatzbedingungen des Hebezeugs anpassen. Der Hersteller braucht keine Einstellbarkeit der Federbelastung vorzusehen, sondern wird von vornherein die Federbelastung auf ein optimales Arbeiten der Steuervorrichtung einjustieren. Mit dem gewählten hydraulischen Aufsteuerverhältnis wird die rasche und zügige Aufsteuerung des Lasthalteventils erreicht, ohne mit dem Wegesteuerventil einen extrem hohen Aufsteuerdruck einzustellen. Ferner ergibt sich bei der großen Beaufschlagungsfläche des Aufsteuerkolbens ein für die schnelle Dämpfung der Druckschwingungen günstig großes bewegtes Steuervolumen.

Ein bauliche einfache und kompakte Ausführungsform geht aus Anspruch 7 hervor. Ein Sitzventil nimmt in der Schließstellung auch große Lastdrücke leckagefrei auf. Da die Federbelastung ohne Berücksichtigung des jeweiligen Lastdrucks gewählt ist, ergeben sich ein sauberes Auf- und Zusteuerverhalten mit wirksamer Dämpfung für das Lasthalteventil. Die Mengenregelung des abströmenden Druckmittels erfolgt feinfühlig über die Zumeßbohrungen, da der Schieberkolben mit der Passbohrung und dem Ventilsitz zusammenarbeitet. Der Aufsteuerkolben liegt außerhalb des Strömungsweges des Arbeitsdruckmittels und kooperiert mit dem Schieberkolben, der beim Aufsteuern die Bewegung und Kraft des Aufsteuerkolbens überträgt.

Gemäß Anspruch 8 ist das Ventilschließelement des Lasthalteventils bezüglich des vom Wegesteuerventil eingesteuerten Drucks druckausgeglichen. Mit dem Druckausgleich des Ventilschließelementes bezüglich des Lastdrucks und bezüglich des vom Wegesteuerventil eingesteuerten Drucks ergibt sich für den Aufsteuerkolben ein Aufsteuerdruck, der nur mehr in einem sehr engen Bereich variiert, z.B. abhängig davon, wie weit das Ventilschließelement jeweils vom Ventilsitz abgehoben wird bzw. welche Federcharakteristik die das Ventilschließelement in Schließrichtung beaufschlagende und die Federbelastung erzeugende Feder hat. Eine kleine Variationsbreite des Aufsteuerdrucks ist günstig, weil sich unter allen Betriebsbedingungen leicht beherrschbare Druckverhältnisse ergeben, und der Einfluß der Dämpfungsvorrichtung genau vorbestimmbar ist. Die Entlastung zum Tank vermeidet ggfs. störende Einflüsse eines Staudrucks auf die Zusteuerfunktion des Lasthalteventils.

Gemäß Anspruch 9 wird eine saubere Regelung des abströmenden Druckmittels erreicht, wenn die unterschiedlich großen Zumeßbohrungen im Kolbenschieber hubabhängig freigegeben werden und einen exakt vorbestimmten Verlauf der Vergrößerung der Durchflußfläche bestimmen.

Eine baulich einfache, und kompakte Ausführungsform geht aus Anspruch 10 hervor. Für das Rückschlagventil wird der in der Gehäusekammer zur Verfügung stehende Raum benutzt. Im Einsatz ist genügend Platz für großzügig bemessene Durchgangsöffnungen, die eine verlustarme Durchströmung des geöffneten Rückschlagventils gewährleisten. Der Schieberkolben hat eine Zusatzfunktion, weil er zur Führung des Kreisringes in der Gehäusekammer benutzt wird. Es kann auf baulich einfache Weise dem Umstand Rechnung getragen werden, daß das bezüglich des Lastdrucks druckausgeglichene Lasthalteventil keine Schockventil-Funktion ausführen kann. Ein zusätzliches Schockventil umgeht dann bei Bedarf das zugesteuerte Lasthalteventil zum Tank. Die Beipaßleitung und ggfs. die Umgehungsleitung ist an die vom Schockventil zum Tank führende Leitung angeschlossen.

Zusammengefaßt ist das lastdruckausgeglichene Lasthalteventil mit der Dämpfungsvorrichtung, dem hydraulischen Aufsteuerverhältnis und dem geometrischen Flächenverhältnis zwischen dem Aufsteuerkolben und dem Ventilschließelement sowie dem Ansprechverhalten des Zuhalteventils präzis auf die bekannten Druckwerte der Druckschwingungen in der Aufsteuerdruckleitung auslegbar. Aus dem Zusammenspiel der einzelnen Komponenten ergibt sich eine rasche Abdämpfung der Druckschwingungen. Andererseits wird bei gewollter Zusteuerung das Nachlaufen des Hydromotors zuverlässig verhindert.

Anhand der Zeichnung werden eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Blockschaltbild einer hydraulischen Steuervorrichtung mit einem im Längsschnitt dargestellten Lasthalteventil,
Fig. 2: einen Teil des Blockschaltbildes von Fig. 1 mit symbolhaft dargestelltem Lastehalteventil, und mehreren Druckabgriffsstellen,
Fig. 3: eine Druck/Zeit-Diagramm zur Verdeutlichung des Arbeitsverhaltens der Steuervorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2, bei einer bestimmten Einstellung,
Fig. 4: ein Druck/Zeit-Diagramm für die Steuervorrichtung bei optimierter Einstellung,
Fig. 5: ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform, und
Fig. 6: einen Schnitt einer Detailvariante von Fig. 5.

Eine hydraulische Steuervorrichtung S für einen als doppelt wirkenden Zylinder ausgebildeten Hydromotor Z wird von einer Druckquelle P aus einem Tank T mit Druckmittel versorgt, um im Hydromotor V einen Kolben 1 zu verstellen. Die Steuervorrichtung S enthält ein Wegesteuerventil W, z.B. ein 4/3-Wegesteuerventil mit druckentlasteter Mittelstellung, ein Lasthalteventil L und eine Dämpfungsvorrichtung D. Das Wegesteuerventil W ist über Arbeitsleitungen 4, 5 an Arbeitsräume 3, 4 des Hydromotors V angeschlossen. Die Arbeitsleitung 5 ist in Abschnitte 5a, 5b unterteilt, zwischen denen das Lasthalteventil L eingeordnet ist. Das Lasthalteventil L weist in einem Gehäuse 7 eine Aufsteuerseite 6 auf, an die eine Aufsteuerdruckleitung 8 angeschlossen ist, die von der Arbeitsleitung 4 abzweigt.

Die Dämpfungsvorrichtung D ist in der Aufsteuerdruckleitung 8 zwischen Abschnitten 8a und 8b angeordnet. Sie umfaßt eine, vorzugsweise einstellbare, Dämpfdrossel 9, ein in Strömungsrichtung zur Aufsteuerseite 6 öffnendes Rückschlagventil 10, ein in Strömungrichtung von der Aufsteuerseite 6 zur Arbeitsleitung 4 öffnendes Zuhalteventil Z auf, z.B. ein Rückschlagventil 11, das mit einer Feder 12 vorgespannt ist, und eine zwischen den Abschnitten 8a und 8b von der Aufsteuerdruckleitung 8 zum Tank T abzweigende Beipaßleitung 13. Im Abschnitt 8a ist ein Drosseldurchgang 15 vorgesehen, der mit einem Stördrosseldurchgang 14 in der Beipaßleitung 13 zusammenwirkt. Der Stördrosseldurchgang 14 ist geringfügig größer als der Drosseldurchgang 15 (Flächenverhältnis z.B. 0,6:0,5mm). Vom Abschnitt 5a der Arbeitsleitung 5 zweigt eine Leitung 16 zum Tank ab, in der ein als Schockventil arbeitendes, druckvorgesteuertes Druckbegrenzungsventil 17 enthalten ist. Die Beipaßleitung 13 ist stromab des Druckbegrenzungsventils 17 an die Leitung 16 angeschlossen.

Im Lasthalteventil L ist eine Federkammer 18 durch einen Ventilsitz 20 mit einer Gehäusekammer 19 verbunden. An die Federkammer 18 ist der Leitungsabschnitt 5b angeschlossen, an die Gehäusekammer 19 hingegen der Leitungsabschnitt 5a. Ein in der Federkammer 18 angeordnetes Ventilschließelement C mit einer kegeligen oder kugeligen Sitzfläche 21 arbeitet mit dem Ventilsitz 20 zusammen. Dieser befindet sich in einem Einsatz 27, der mittels eines Federgehäuses 45 herausnehmbar festgelegt ist. Das Ventilschließelement C wird von einer Feder 44 in Schließrichtung auf den Ventilsitz 20 beaufschlagt. Teil des Ventilschließelementes C ist ein hohler Schieberkolben 22, der in einer Passbohrung 26 des Einsatzes 27 verschiebbar geführt und mit seinem freien, eine Gehäusekammerwand 31 abgedichtet durchsetzenden Ende 23 in eine Auf steuerkammer 32 ragt. Im Schieberkolben 22 sind nahe der Sitzfläche 21 Zumeßbohrungen 24 unterschiedliche Größe angeordnet, derart, daß mehrere kleinere Zumeßbohrungen 24 näher an der Sitzfläche 21 positioniert sind als mehrere größere Zumeßbohrungen 24. Innerhalb der Gehäusekammer 19 sind im Mantel des Kolbenschiebers 22 Durchgänge 25 eingeformt.

In der Gehäusekammer 19 ist ein in Strömungsrichtung von der Federkammer 18 in die Gehäusekammer 19 öffnendes Rückschlagventil R enthalten. Dieses besteht aus mehreren Durchgängen 28 und einer kreisringförmigen Scheibe 29, die auf dem Schieberkolben 22 geführt ist und von einer Feder 30 in Schließrichtung beaufschlagt wird.

In der Aufsteuerkammer 32 ist ein Aufsteuerkolben 35 abgedichtet verschieblich geführt, der mit dem freien Ende 23 des Schieberkolbens 22 zusammenarbeitet. Ein Teil der Aufsteuerkammer 32 ist entweder über einen Kanal 33 mit der Federkammer 18 oder über einen Kanal 33' mit dem Tank verbunden. Der untere, durch einen Stopfen 36 verschlossene Teil der Aufsteuerkammer 32, ist über einen Kanal 34 mit der Aufsteuerseite 6 und dem Abschnitt 8b der Aufsteuerdruckleitung 8 verbunden.

Das Ventilschließelement C ist sowohl bezüglich des in der Gehäusekammer 19 herrschenden Lastdrucks des Arbeitsraums 2 druckausgeglichen, weil der Lastdruck radial am Außenumfang des Schieberkolbens 22 wirkt, als auch über den Kanal 33 bezüglich des in der Federkammer 18 herrschenden Drucks, bzw. über den Kanal 33' zum Tank T.

In Fig. 1 steht der Hydromotor V. Der Lastdruck im Arbeitsraum 3 wird vom Rückschlagventil R, vom durch die Feder 44 auf den Ventilsitz 20 gedrückten Ventilschließelement C und vom Druckbegrenzungsventil 17 aufgenommen. Ist der Kolben 1 zu heben (s. auch Fig. 2), dann wird das Wegesteuerventil W in die rechte Stellung umgeschaltet. Die Arbeitsleitung 5 ist mit der Druckquelle P verbunden, während die Arbeitsleitung 4 mit dem Tank T verbunden ist. Der Druck hebt den Kreisring 29 von den Durchgängen 28 ab, das Druckmittel strömt im wesentlichen ungedrosselt zum Arbeitsraum 3. Der Kolben 1 wird gehoben. Druckmittel wird aus dem Arbeitsraum 2 über die Arbeitsleitung 4 und das Wegesteuerventil W in den Tank T gedrückt. Zum Anhalten des Kolbens 1 wird das Wegesteuerventil W in die Mittelstellung verstellt.

Ist der Kolben 1 unter einer Last V abzusenken, dann wird das Wegesteuerventil W in die linke Stellung geschaltet, in der die Arbeitsleitung 4 mit der Druckquelle und die Arbeitsleitung 5 mit dem Tank verbunden ist. Das Rückschlagventil R sperrt. Aus dem in die Arbeitsleitung 4 gespeisten Druck wird in der Aufsteuerdruckleitung 8 ein Aufsteuerdruck abgeleitet, der den Aufsteuerkolben 35 hebt und über den Kolbenschieber 22 die Sitzfläche 21 vom Ventilsitz 20 gegen die Federbelastung der Feder 44 abhebt. Von den Zumeßöffnungen 24 überfahren einige den Ventilsitz 20. Das Druckmittel strömt durch die Durchgänge 25 und die freigelegten Zumeßöffnungen 24 in die Federkammer 18 und über den Abschnitt 5b der Arbeitsleitung 5 zum Tank.

Um den Kolben 1 mit der Last V anzuhalten, wird das Wegesteuerventil W in die dargestellte Mittelstellung zurückgestellt. Der Auf steuerdruck am Aufsteuerkolben 35 wird über die Dämpfdrossel 9 abgebaut, sofern die Druckdifferenz der Dämpfdrossel 9 unterhalb der Vorspannkraft der Feder 12 bleibt. Die Feder 44 drückt die Sitzfläche 21 auf den Ventilsitz 20, so daß der Kolben 1 angehalten und der Lastdruck gehalten wird. Übersteigt beim Zusteuern die Druckdifferenz über die Dämpfdrossel 9 die Vorspannung der Feder 12, dann öffnet das Rückschlagventil 11 in Strömungsrichtung zur Beipaßleitung 13 und der Arbeitsleitung 4, damit das Lasthalteventil L ordnungsgemäß zusteuert.

Überschreitet der Lastdruck einen voreingestellten, kritischen Wert, dann öffnet bei gesperrtem Rückschlagventil R und auf dem Ventilsitz 20 aufsitzender Sitzfläche 21 das Druckbegrenzungsventil 17, bis der kritische Druckwert abgebaut ist (Schockventilfunktion).

Beim Aufsteuern des Lasthalteventils strömt permanent Druckmittel über die Beipaßleitung 13 zum Tank T. Im Zusammenspiel zwischen dem Drosseldurchgang 15, dem Stördrosseldurchgang 14 in der Beipaßleitung, der Dämpfdrossel 9 und den beiden Rückschlagventilen 10, 11 werden Druckschwingungen in der Aufsteuerdruckleitung 8 so abgedämpft, daß sie an der Aufsteuerseite 6 kaum oder gar nicht wirksam werden. Zwischen der Arbeitsleitung 4 und der Aufsteuerseite 6 liegt z.B. ein hydraulisches Aufsteuerverhältnis von ca. 1:3 vor, und zwar aufgrund des Drosseldurchgangs 15 und des Stördrosseldurchgangs 14. Die Beaufschlagungsfläche B des Aufsteuerkolbens 35 ist ein Mehrfaches der Beaufschlagungsfläche A des Ventilschließelementes C. Beispielsweise liegt hier ein geometrisches Flächenverhältnis von ca. 9:1 vor. Dies bedeutet, daß dank des großen Aufsteuerkolbens 35 auch bei relativ kleinem Hub des Ventilschließelementes C eine beträchtliche Steuerdruckmittelmenge in der Aufsteuerdruckleitung 8 bewegt wird, was für die Dämpfung wichtig ist.

Die durch die Feder 12 aufgebrachte Vorspannung des Rückschlagventils 11 ist kleiner als der durch die Federbelastung der Feder 44 am Aufsteuerkolben 35 erzeugbare Druck, und zwar um einen Wert von ca. 2 bis 15 bar, vorzugsweise bei etwa 3 bar.

Das Rückschlagventil 11 kann beispielsweise öffnen bei kaltem und zähem Druckmittel, falls bei einer Druckabsenkung im Abschnitt 8a die Druckdifferenz über die Dämpfdrossel 9 die Vorspannung der Feder 12 übersteigt, ferner bei einer sogenannten Notabschaltung, bei der trotz voll geöffneten Wegesteuerventils W der Druck im Abschnitt 8a schlagartig fällt und gegebenenfalls auch bei Druckschwankungen, wie sie sich typischerweise bei Bewegungsaufnahme des Kolbens 1 in Senkrichtung unter einer Last in der Aufsteuerdruckleitung 8 und im gesamten System ergeben.

Zur Verdeutlichung des Verhaltens der Steuervorrichtung unter Druckschwankungen ist auf die Fig. 2, 3 und 4 verwiesen. In Fig. 2 ist die Steuervorrichtung als Blockschaltbild dargestellt, wobei der Hydromotor V mit einer Last V₁ belastet ist. An Schnittstellen 37, 38 und 39 werden die Drücke beim Einsteuern einer Bewegung des Kolbens in Fig. 2 nach links abgegriffen, die im Druck/Zeit- Diagramm der Fig. 3 und 4 gezeigt sind. An der Schnittstelle 37 wird der stangenseitige Druck p_sta in der Arbeitsleitung 4 abgegriffen. An der Schnittstelle 38 wird der zwischen dem Drosseldurchgang 15 und der Dämpfdrossel 9 herrschende Steuerdruck p_d abgegriffen. An der Schnittstelle 39 wird schließlich der am Aufsteuerkolben 35 wirksame Aufsteuerdruck p_stk abgegriffen.

Im Diagramm der Fig. 3 ist als ausgezogene Kurve der Verlauf des stangenseitigen Drucks p_sta über der Zeit gezeigt. Die obenliegende Strich-Punkt-Punkt-Strich-Kurve verdeutlicht Schwankungen des Lastdrucks und der Last V₁. Die gestrichelte Kurve repräsentiert den Verlauf des Steuerdrucks p_d. Die strichpunktierte Kurve verdeutlicht schließlich den Verlauf des Aufsteuerdrucks p_stk bei einer Einstellung der Feder 12 auf eine Vorspannung von 15 bar.

Beim vollen Öffnen des Wegesteuerventils W steigt der Druck p_sta zunächst steil bis auf ca. 80 bar, um innerhalb ca. 2 Sek. wieder bis auf ca. 22 bar abzufallen. An diese erste Amplitude schließen sich innerhalb ca. 4 Sek. weitere schwächere Druckwellen, zunächst bis ca. 52 bar mit einem Abfall bis auf 45 bar, dann erneut bis auf ca. 62 bar mit einem Abfall bis auf 30 bar, an. Dank des mit dem Stördrosseldurchgang 14 in der Beipaßleitung 13 kooperierenden Drosseldurchgangs 15 in der Aufsteuerdruckleitung 18 werden diese Druckwellen an der Schnittstelle 38 bereits deutlich gedämpft und gemindert wirksam. Der Steuerdruck p_d steigt nämlich innerhalb ca. einer halben Sekunde steil bis auf 32 bar, um dann innerhalb von ca. 2 Sek. auf 10 bar abzufallen. An diese erste Amplitude schließen sich weitere, kleinere Amplituden zunächst bis auf 20 bar und dann bis auf 25 bar an, die deutlich gegenüber der Kurve p_sta gedämpft ausklingen. Der Aufsteuerdruck p_stk folgt dem Steuerdruck pd zunächst bis ca. 32 bar. Das Lasthalteventil wird aufgesteuert. Der Kolben 1 beginnt seine Bewegung. Bei der Bewegungsaufnahme bricht der stangenseitige Druck p_sta zusammen, und auch der Steuerdruck p_d fällt dadurch ab. Die Dämpfdrossel 9 wird wirksam, während das Rückschlagventil 11 durch die Feder 12 geschlossen bleibt. Bis zu einem Bereich 40 fällt der Aufsteuerdruck p_stk durch die Einflußnahme der Dämpfdrossel 9 sanft ab.

Im Bereich 40 übersteigt die Druckdifferenz über die Dämpfdrossel 9 die Vorspannung der Feder 12. Zwischen dem Bereich 40 und dem Bereich 41 der strichpunktierten Kurve des Aufsteuerdrucks p_stk öffnet das Rückschlagventil 11, der Aufsteuerdruck p_stk fällt auf ca. 23 bar. Im Bereich 41 schließt das Rückschlagventil 11, so daß nur die Dämpfdrossel 9 wirkt und den Aufsteuerdruck p_stk bis zum Bereich 42 leicht abfallen läßt. Ab dem Bereich 42 gibt es einen neuerlichen Anstieg des Aufsteuerdrucks p_stk von ca. 20 bar bis auf 25 bar im Bereich 43, weil der Steuerdruck p_d ebenfalls bis auf ca. 25 bar ansteigt. Ab dem Bereich 43 sinkt der Aufsteuerdruck p_stk nur mehr geringfügig.

Beim Vergleich des stangenseitigen Drucks p_sta mit dem Steuerdruck p_d (strichlierte Kurve) und dem Aufsteuerdruck p_stk (strichpunktierte Kurve) ist erkennbar, daß Druckschwankungen am Aufsteuerkolben stark gedämpft wirksam werden, so daß das Lasthalteventil die Senkbewegung der Last V sauber steuert. Die Schwankungen des Lastdrucks V nehmen von anfangs ca. 20 bar relativ gleichförmig ab. Bei der Schwingungsdämpfung arbeitet das Rückschlagventil 11 mit. Seine Vorspannung (in Fig. 3 15 bar) ist nicht nur kleiner eingestellt als die von der Feder 44 am Aufsteuerkolben 35 erzeugbare Kraft, sondern auch kleiner als die Druckdifferenz (ca. 20 bar) der ersten Druckschwingungsamplitude des Steuerdrucks p_d.

Im Diagramm der Fig. 4 ist ein optimiertes Arbeitsverhalten der Steuervorrichtung mit auf ca. 25 bar vorgespannten Rückschlagventil 11 dargestellt. Da die Vorspannung des Rückschlagventils 11 größer ist als die Druckdifferenz der ersten Amplitude des Steuerdrucks p_d, spricht das Rückschlagventil 11 nicht an. Es dämpft die Dämpfdrossel 9 den Verlauf des Aufsteuerdrucks p_stk ab Aufsteuern des Lasthalteventils. Der stangenseitige Druck p_sta und der Steuerdruck p_d schwanken annähernd wie in Fig. 3. Der Verlauf des Aufsteuerdrucks p_stk (strichpunktiert) ist ideal, so daß die Druckschwankungen das Aufsteuern des Lasthalteventils nicht beeinflussen. Auch die Lastdruckschwankungen V₁ klingen in Fig. 4 rascher ab als in Fig. 3. Die Vorspannung des Rückschlagventils 11 gemäß Fig. 4 ist jedoch geringer als der durch die Federbelastung der Feder 44 mit dem Aufsteuerkolben 35 erzeugbare Druck, damit die Feder 44 das Lasthalteventil auch bei kritischen Betriebsbedingungen (kaltes und zähes Druckmittel, Notabschaltung und dgl.), bei denen die Dämpfdrossel 9 alleine überfordert wäre, so zusteuert, daß ein Nachlaufen des Hydromotors V unter Last ausge- schlossen ist.

Da der Lastdruck keinen Einfluß auf das Auf- und Zusteuern des Lasthalteventils L hat, läßt sich die Federbelastung der Feder 44 auf die Vorspannung des Rückschlagventils 11 bzw. umgekehrt in Kenntnis des Verlaufes der Druckschwankungen des Steuerdrucks p_d sehr genau einstellen, um eine optimale Abdämpfung einerseits und trotzdem das zuverlässige Zusteuern des Lasthalteventils andererseits zu gewährleisten. Dazu kommt, daß das hydraulische Aufsteuerverhältnis mittels der Drosseldurchgänge 15 und 14 und das geometrische Flächenverhältnis zwischen dem Aufsteuerkolben 35 und dem Ventilschließelement C ebenfalls im Hinblick auf eine optimale Dämpfung von Druckschwingungen und auf das Auf- und Zusteuern des Lasthalteventils wählbar sind. Durch die Trennung zwischen dem Ventilschließelement C und dem Aufsteuerkolben 35 ergeben sich bauliche Vereinfachungen. Ferner kann der Aufsteuerkolben 35 so groß sein, daß sich im Hinblick auf die Dämpfung eine große Steuerdruckmittelmenge in der Aufsteuerleitung 8 bewegt, und daß das Lasthalteventil trotzdem mit moderatem Druck in der Arbeitsleitung 4 aufsteuerbar ist.

Bei den gezeigten Ausführungsformen ist jeweils nur ein Lasthalteventil in einer Arbeitsleitung vorgesehen. Es ist aber möglich, in beiden Arbeitsleitungen ein Lasthalteventil mit einer Dämpfungsvorrichtung vorzusehen.

Das Diagramm der Fig. 4 gilt auch für die Ausführungsform der Steuervorrichtung gemäß den Fig. 5 und 6, bei der als Zuhalteventil Z ein Ablaßventil 11' vorgesehen ist, das bei dem in Fig. 4 gezeigten Senkvorgang nicht zum Ansprechen kommt, sondern in einer Sperrstellung gehalten wird, und zwar mittels des Druckes pd.

Das Zuhalteventil Z, 11' der Fig. 5 sitzt in einer Umgehungsleitung 44' von der Aufsteuerseite 6 bzw. dem Leitungsabschnitt 8b zum Tank T. Der Detailaufbau dieses Zuhalteventils Z ist in Fig. 6 gezeigt. Der weitere Aufbau der Steuervorrichtung entspricht der von Fig. 1 bzw. 2.

Das Zuhalteventil 11' weist in einem Gehäuse 45 eine Kammer 47 auf, in der in einer Buchse 48 ein Kolben 50 verschiebbar und abgedichtet geführt ist. Der Kolben 50 hat eine Beaufschlagungsfläche Y, auf der der Druck der Aufsteuerdruckleitung 8 (Leitungsabschnitt 8a) oder der Beipaßleitung 13 lastet. Die andere Seite des Kolbens 50 und der Kammer 47 ist über einen Ventilsitz 51 mit der Aufsteuerseite 6 bzw. dem Leitungsabschnitt 8b und gleichzeitig mit der Umgehungsleitung 44' zum Tank verbunden. Dem Ventilsitz 51 ist ein als Kugel ausgebildetes Schließglied 52 zugeordnet, dessen dem Druck am Aufsteuerkolben 35 ausgesetzte Beaufschlagungsfläche mit X angedeutet ist. Das Schließglied 52 ist mittels des Kolbens 50 in der in Fig. 6 gezeigten Sperrstellung des Zuhalteventils Z gegen den Ventilsitz 51 preßbar, und wird in der nicht gezeigten Durchgangsstellung vom Druck auf der Beaufschlagungsfläche X vom Ventilsitz 51 abgehoben. Die Beaufschlagungsfläche Y ist ein Mehrfaches der Beaufschlagungsfläche X, so daß die Absperrstellung des Zuhalteventils aufrechterhalten bleibt, selbst wenn die Drücke auf den beiden Beaufschlagungsflächen X, Y gleich sind. Beispielsweise beträgt das Flächenverhältnis Y : X ca. 3 : 1, was bedeutet, daß der Druck in der Aufsteuerdruckleitung 8a bis auf ein Drittel des Drucks im Leitungsabschnitt 8b abfallen kann, ohne daß die Absperrstellung aufgegeben wird. Sinkt hingegen der Druck im Leitungsabschnitt 8a weiter, dann wird die Absperrstellung aufgegeben und die Durchgangsstellung eingestellt, in der das Druckmittel von der Aufsteuerseite 6 praktisch ohne Widerstand über die Umgehungsleitung 44' zum Tank abströmt. Dem Zuhalteventil Z ist zweckmäßigerweise eine Hilfsdämpfdrossel 46 vorgeschaltet, um ein schlagartiges Anhalten der Last zu vermeiden, wenn das Zuhalteventil Z bei schlagartigem Druckabbau im Leitungsabschnitt 8a (z.B. bei einer Sicherheitsabschaltung) schlagartig aus der Absperr- in die Durchgangsstellung geht.

Gemäß Fig. 5 wird der Kolben 50 mit dem in der Beipaßleitung 13 zwischen den Drosselstellen 15 und 14 herrschenden Druck beaufschlagt, also dem im Leitungsabschnitt 8a stromab des Drosseldurchganges herrschenden Druck. Im Diagramm der Fig. 4 würde das Zuhalteventil Z der Fig. 5 und 6 erst dann in die Durchgangsstellung umgeschaltet (bei einem Flächenverhältnis Y : X von 3 : 1), wenn der Druck p_d nach zwei Sekunden unter 10 bar abgesenkt würde, d.h. auf einen Wert, auf den der Druck p_d unter den Druckschwingungen im System nicht absinkt. Deshalb bleibt das Zuhalteventil Z gemäß den Fig. 5 und 6 während der Druckschwankungen in der Absperrstellung, um die Dämpfungsvorrichtung D wie gewünscht zur Wirkung kommen zu lassen. Hingegen wird bei einer bewußten starken Druckabsenkung oder vollständigen Entlastung der Aufsteuerdruckleitung 8, über das Wegesteuerventil oder bei einer Sicherheitsabschaltung, in die Durchgangsstellung gezwungen, in der der Aufsteuerkolben 35 durch die Feder 44 in die Stellung gedrückt wird, in der das Lasthalteventil L zugesteuert ist und die Last hält.

Claims

Hydraulische Steuervorrichtung (S) für einen aus einer Druckquelle (P) über ein Wegesteuerventil (W) doppelseitig beaufschlagbaren Hydromotor (V), insbesondere in einem Hebezeug, mit einem in zumindest einer Arbeitsleitung (5) zum Hydromotor (V) angeordneten, in Zuströmrichtung zum Hydromotor (V) durch ein Rückschlagventil (R) umgehbaren, in Rückströmrichtung gegen Federbelastung aus einer Aufsteuerdruckleitung (8) hydraulisch aufsteuerbaren Lasthalteventil (L), und mit einer in der Aufsteuerdruckleitung (8) angeordneten Dämpfungsvorrichtung (D), die eine in Aufsteuer-Strömungsrichtung durch ein Rückschlagventil (10) und in Zusteuerströmungsrichtung mittels eines druckabhängig zu öffnenden Zuhalteventils (Z, 11, 11') umgehbare Dämpfdrossel (9) und eine permanent druckmittelablassende, von der Aufsteuerdruckleitung (8) abzweigende Beipaßleitung (13) aufweist, in der ein mit einem in der Aufsteuerdruckleitung (8) vorgesehenen Drosseldurchgang (15) zusammenwirkender, gegenüber dem Drosseldurchgang (15) größerer Stördrosseldurchgang (14) enthalten ist, wobei das Zuhalteventil (Z, 11, 11') ein in Öffnungsrichtung vom Aufsteuerdruck des Lasthalteventils (L) beaufschlagtes Schließglied aufweist, das in Schließrichtung zumindest mit dem Druck in der Aufsteuerdruckleitung (8, 8a) belastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasthalteventil (L) einen zum Abheben eines mit einem Ventilsitz (20) zusammenarbeitenden Ventilschließelements (C) vorgesehenen Aufsteuerkolben (35) aufweist, der in Abheberichtung des Ventilschließelementes auf seiner gegenüber der Fläche (A) des Ventilsitzes (20) größeren Beaufschlagungsfläche (B) aus der Aufsteuerdruckleitung (8) druckbeaufschlagbar und zum Zusteuern des Lasthalteventils unter der Federbelastung des Ventilschließelements (C) druckentlastbar ist, daß das Ventilschließelement (C) im Lasthalteventil (L) bezüglich des Rückströmdrucks vom Hydromotor (V) druckausgeglichen ist, und daß das Schließglied des Zuhalteventils (Z, 11, 11') in Schließrichtung zusätzlich entweder mit einem den Druck in der Aufsteuerdruckleitung (8, 8a) übersetzenden Kolben (50) oder durch eine Vorspannfeder (12) belastbar ist, deren Vorspannung kleiner ist als der durch die Federbelastung über das hinsichtlich des Rückströmdrucks druckausgeglichene Ventilschließelement (C) am Aufsteuerkolben (35) erzeugbare Druck.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufsteuerkolben (35) und dem Schließglied des Zuhalteventils (Z, 11, 11') parallel zur Dämpfdrossel (9) eine Hilfsdämpfdrossel (46) vorgesehen ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuhalteventil (Z, 11') in einer vom Aufsteuerkolben (35) zum Tank (T) verlaufenden Umgehungsleitung (44') angeordnet und mittels des auf die Differenz zwischen dem Druck am Aufsteuerkolben (35) und dem am Schließglied (52) wirkenden Druck in der Aufsteuerdruckleitung (8, 8a) bzw. der Beipaßleitung (13) ansprechenden Kolbens (50) zwischen einer Absperrstellung und einer Durchgangsstellung umschaltbar ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuhalteventil (Z, 11') eine Kammer (47) für den Kolben (50), das auf dem Aufsteuerkolben (35) zugewandten Seite des Kolbens (50) liegende Schließglied (52) und einen Ventilsitz (51) für das Schließglied (52) aufweist, die zwischen dem Ventilsitz (51) und dem Kolben (50) an den Tank (T) angeschlossen ist, daß die dem Schließglied (52) abgewandte Beaufschlagungsfläche (Y) des Kolbens (50) aus der Aufsteuerdruckleitung (8, 8a) bzw. der Beipaßleitung (13) beaufschlagbar ist, und daß die Beaufschlagungsfläche (Y) des Kolbens (50) größer ist als die Beaufschlagungsfläche (X) des auf dem Ventilsitz (51) aufliegenden Schließgliedes (52), vorzugsweise um ein Mehrfaches.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbelastung (44) des Ventilschließelementes (C) so viel stärker ist als die Vorspannfeder (12), daß mit der Federbelastung über das Ventilschließelement (C) und den vom Ventilschließelement (C) getrennten Aufsteuerkolben (35) im Zuhalteventil (Z, 11) ein Öffnungsüberdruck zwischen 1,0 und 10,0 bar, vorzugsweise zwischen 2,0 bis 5,0 bar, erzeugbar ist.
Steuervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stördrosseldurchgang(14) mit dem Drosseldurchgang (15) ein hydraulisches Aufsteuerverhältnis von ca. 2:1 bis ca. 4:1, vorzugsweise von ca. 3:1 (in der Arbeitsleitung herrschender Druck zum am Aufsteuerkolben (35) wirksamen Druck) herstellt, und daß das geometrische Flächenverhältnis (A:B) zwischen dem Ventilsitz (20) des Ventilschließelements (C) und der Beaufschlagungsfläche des Aufsteuerkolbens (35) bei ca. 1:6,5 bis 1:10,0, vorzugsweise bei ca. 1:8 bis 1:9, liegt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (20) im Lasthalteventil (L) an der einer an das Wegeventil (W) angeschlossenen Federkammer (18) zugewandten Mündung einer zylindrischen Passbohrung (26) angeordnet ist, daß das Ventilschließelement (C) eine kegelige oder kugelige Sitzfläche (21) und im Anschluß an die Sitzfläche (21) einen hohlen Schieberkolben (22) aufweist, der mit kontinuierlichem Außendurchmesser in einem Gleitsitz in der Passbohrung (26) geführt ist und eine mit einem Arbeitsraum (3) des Hydromotors (Z) verbundene Gehäusekammer (19) sowie eine der Passbohrung (26) abgewandte Gehäusekammerwand (31) durchsetzt, die eine den Aufsteuerkolben (35) enthaltende Aufsteuerkammer (32) von der Gehäusekammer (19) trennt, und daß im Mantel des Schieberkolbens (22) angrenzend an die Sitzfläche (21) mehrere Zumeßbohrungen (24) und wenigstens eine in der Gehäusekammer (19) liegende Auslaßöffnung (25) vorgesehen sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Aufsteuerdruckleitung (8) angeschlossene Aufsteuerkammer (32) an der Eintrittsseite des Schieberkolbenendes (23) durch einen Kanal (33, 33') zur Federkammer (18) oder zum Tank (T) druckentlastet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumeßbohrungen (24) im Mantel des Schieberkolbens (22) unterschiedliche Größen aufweisen, und daß kleinere Zumeßbohrungen näher an der Sitzfläche (21) liegen als größere Zumeßbohrungen.
Steuervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Passbohrung (26) mittig und axial in einem im Gehäuse (7) des Lasthalteventils (2) herausnehmbar angeordneten Einsatz (27) angeordnet ist, daß der Einsatz (27) außermittige Durchgänge (28) aufweist, und daß an der dem Ventilsitz (20) abgewandten Seite des Einsatzes (27) ein federbelasteter Kreisring (29) auf dem Schieberkolben (22) verschiebbar geführt ist, der mit den Durchgängen (28) das Rückschlagventil (R) bildet.