EP1188934A2 - Steuerungsvorrichtung für einen hydraulischen Volumenstrom - Google Patents

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EP1188934A2
EP1188934A2 EP01121812A EP01121812A EP1188934A2 EP 1188934 A2 EP1188934 A2 EP 1188934A2 EP 01121812 A EP01121812 A EP 01121812A EP 01121812 A EP01121812 A EP 01121812A EP 1188934 A2 EP1188934 A2 EP 1188934A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
reducing valve
control device
pressure reducing
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01121812A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1188934A3 (de
Inventor
Joerg Siebert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1188934A2 publication Critical patent/EP1188934A2/de
Publication of EP1188934A3 publication Critical patent/EP1188934A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/14—Energy-recuperation means
    • 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
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/003—Systems with load-holding valves
    • 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
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/028—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the actuating force

Definitions

  • the invention relates to a control device for a volume flow flowing in a hydraulic system Hydraulic medium according to the preamble of claim 1.
  • a generic control device for lowering is known a load on a hydraulic cylinder.
  • the Hydraulic cylinder via a check valve and a hydraulic motor connected to a hydraulic fluid tank.
  • the hydraulic motor is driven by the pressure of the hydraulic fluid driven.
  • the hydraulic pump is mostly by one Electric motor driven.
  • When lowering a load the electric motor is driven by the hydraulic motor and works in this operating state generator in the third quadrant.
  • the lowering capacity exceeds the lifting capacity in lifting operation clear.
  • the electric motor must therefore take up power be dimensioned larger than this in lowering operation would be necessary for pure lifting operation. This has higher costs disadvantageous for larger electric motors and requires above also a larger installation space.
  • the invention relates to a control device for a volume flow flowing in a hydraulic system Hydraulic fluid of at least one loaded working fluid, especially for lifting and lowering a load, with at least a check valve and at least one hydraulic motor.
  • a pressure reducing valve so is arranged that when lowering the load on the hydraulic motor pending pressure is reduced.
  • the pressure reducing valve increases high loads or high pressures in the hydraulic system, part of the hydrostatic energy of the work equipment on, the essentially of the potential Energy corresponds to the load when lowering it. That energy is partly due to the pressure reduction when flowing through of the hydraulic fluid through the pressure reducing valve converted into heat by internal friction.
  • the heat output corresponds to the product of flow rate and pressure difference on the pressure reducing valve.
  • the power consumption of the hydraulic motor and thus that of a generator driven by it working electric motor decreases accordingly Heat output. It can therefore be a smaller one Electric motor used and there can be thermal relief can be achieved. This leads to a cost reduction.
  • the smaller design of the electric motor still leads to a Space reduction.
  • this Pressure reducing valve biased in the opening direction Slider on through the outlet side of the pressure reducing valve hydraulic fluid under reduced pressure in Closing direction is displaceable.
  • the slider overcomes the Preload in the opening direction and closes the pressure reducing valve.
  • the opening cross section of the pressure reducing valve increases and the pressure difference at the pressure reducing valve increases. at constant inlet pressure, therefore, the outlet pressure decreases.
  • the force on the slide in the closing direction decreases, and the pressure reducing valve opens again.
  • the output side depends Pressure on the pressure reducing valve from the preload from.
  • the design of the pressure reducing valve as a slide valve is characterized by a simple structure and reliability out.
  • the slide is preferably in the opening direction and in Closing direction with surfaces that differ in size Hydraulic fluid can be applied.
  • Differential surface principle built pressure reducing valve offers the advantage of a weaker dimensionable biasing element.
  • a spring can be used who need a smaller installation space, because the in Direction of opening of the pressure reducing valve thus supports the preload.
  • the resulting total force results from the pressure of the hydraulic medium multiplied with the difference of the two areas.
  • the slide advantageously has the shape of a sleeve on, which is closed on one axial end face and on the other is open to drain hydraulic fluid.
  • the Sleeve is slidable in a housing of the pressure reducing valve. In its outer surface it has at least one radial one Opening as hydraulic fluid inlet on that with a hydraulic medium supply channel in the housing of the pressure reducing valve Regulation of the reduced pressure of the hydraulic fluid in changeable Extent can be brought into overlap. By size The hydraulic fluid flow rate becomes the cover area and thus regulates the pressure reduction. The larger the cross section the overlap between the opening in the sleeve and the opening of the hydraulic medium supply channel, the larger is the hydraulic fluid flow and the smaller it is the pressure drop at this point.
  • the sleeve can also have several radial Have openings that connect to the hydraulic fluid supply channel connected annular, enclosing the sleeve Groove on the inside of the housing to cover can be brought.
  • a spring preferably exerts a spring acting in the opening direction Force on the sleeve, the pressure force of the hydraulic fluid on an inner surface of a closed face of the Counteracts sleeve. In this way, the bias of the Slider against the hydraulic force in the simplest way be designed.
  • a Part of the outer surface of the closed face of the sleeve for partial compensation of the closed on the inner surface Frontal pressure force also with hydraulic fluid applied.
  • the pressure force on this part of the outer surface acts in the opening direction of the pressure reducing valve and thus supports the preload.
  • the resulting total force results from the pressure of the hydraulic medium multiplied with the difference between the inner surface and the outer Part of the face of the sleeve.
  • the closed end face preferably has a hydraulic medium duct for hydraulic fluid loading part of the outer surface of the closed face of the Sleeve on.
  • This hydraulic fluid loading can be done in the simplest Way be designed as a hole and is very inexpensive.
  • the pressure reducing valve is advantageously by means of a Leakage line connected to a hydraulic fluid tank. Hydraulic fluid, that through a seal from a press pressurized valve chamber of the pressure reducing valve into one depressurized part of the pressure reducing valve, such as a spring chamber that emerges is in via this leakage line the hydraulic fluid tank can be removed. In this way, a Leakage loss from hydraulic fluids can be avoided, the environment spared and in particular an undesirable pressure build-up be avoided in a depressurized room.
  • a check valve is preferably parallel to the pressure reducing valve connected. This check valve forms in Lift operation of the work equipment or a bypass for the Hydraulic fluid. This can be beneficial in the event of a regulated hydraulic pump the work equipment hydraulic fluid can be applied quickly and easily.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an inventive Control device shown.
  • a working cylinder 12 will to the piston stroke to lift a load from a hydraulic pump 10 supplied with hydraulic fluid from a hydraulic fluid tank 14.
  • the hydraulic pump 10 is preferably used by one in both Directions driven variable speed electric motor 16.
  • the lowering of the piston in the working cylinder 12 for lowering the load is controlled by a check valve 18. Should the load is held, the check valve 18 is closed. It is opened to lower the load. hydraulic fluid flows through the check valve 18 and the hydraulic pump 10 to the hydraulic fluid tank 14.
  • the hydraulic pump 10 runs backwards in the mode of action of a hydraulic motor 20 and drives the electric motor 16.
  • the electric motor 16 works in this operating state generator in the third quadrant.
  • the hydraulic fluid pressure is the weight of the Load determined. At high loads or high pressures in the Hydraulic fluid, the lowering capacity could increase the lifting capacity significantly exceed.
  • the pressure reducing valve 22 is shown in detail in FIG. 2.
  • the pressure reducing valve 22 has one in the opening direction 28 by means of a spring 30 preloaded slide 32, the through the output side of the pressure reducing valve 22 below reduced pressure hydraulic fluid in the closing direction 34 is displaceable.
  • the slider 32 has the shape a sleeve 36, which is closed on one axial end face 38 and on the other to drain hydraulic fluid is open. This sleeve 36 is in a housing 40 of the Pressure reducing valve 22 slidable.
  • the sleeve 36 has in her Shell surface 42 two radial openings 44, 46 in the form of Bores as hydraulic fluid inlet, which with an annular, the groove 36 comprising the sleeve 36 on the inside of the housing 40 can be brought to cover.
  • the annular groove 48 is with a hydraulic fluid supply channel 50 connected in the housing 40 of the pressure reducing valve 22.
  • the spring 30 exerts a force acting in the opening direction 28 on the sleeve 36, the pressure force of the hydraulic fluid counteracts the inner surface 52 of the closed end face 38. With increasing pressure in the sleeve 36, the Force on the inner surface 52 of the closed face 38. The sleeve 36 is thus counteracted in the illustration according to FIG. 2 the spring force increasingly shifted to the left.
  • the coverage cross section between the radial openings 44, 46 and the groove 48 comprising the sleeve 36 or the hydraulic medium supply channel 50 decreases. The coverage cross section determines the inlet cross-section of the pressure reducing valve 22.
  • An end stop 68 prevents the sleeve 36 by the force of the spring 30 so far in the opening direction 28 is shifted from the stable regulatory equilibrium into an unstable equilibrium that with increasing displacement of the sleeve 36 in the opening direction 28 the overlap cross section between the radial Openings 44, 46 and the groove 48 or sleeve 36 of the hydraulic medium supply channel 50 decreases again.
  • the closed end face 38 of the sleeve 36 has a bore as hydraulic medium bushing 54. This hole connects the interior 58 of the sleeve 36 with an annular space 60 between the housing 40 and the end face 38 of the sleeve 36. In this annulus 60 there is the same pressure as in Interior 58 of the sleeve 36.
  • the annular space 60 encloses one cylindrical extension 62 of the end face 38 of the sleeve 36, which extends into a bore 64 of the housing 40.
  • the the extension 62 of the end face 38 as an annular surface Part of the outer surface 56 of the closed end 38 becomes thus also acted upon by hydraulic fluid pressure. On Part of the closed face on the inner surface 52 38 acting pressure force is compensated in this way.
  • the Pressure force on this part of the outer surface 56 acts in the opening direction 28 of the pressure reducing valve 22 and supported thus the preload of the spring 30.
  • the resulting total force results from the pressure of the hydraulic medium multiplied with the difference between the inner surface 52 and the outer Partial surface of the end face 38 of the sleeve 36. This corresponds the product of the pressure and the cross-sectional area of the extension 62 of the end face 38.
  • This after this so-called Differential surface principle built pressure reducing valve 22 has the advantage that the spring 30 is dimensioned weaker can be. Otherwise, the spring would be 30 significantly larger installation space required.
  • the bore 64 of the housing 40, in which the cylindrical Extension 62 of the end face 38 of the sleeve 36 extends, and in which the spring 30 is received, is by means of a Leakage line 66 connected to the hydraulic fluid tank 14. Hydraulic fluid through a seal, not shown from the pressurized annulus 60 of the pressure reducing valve 22 in the unpressurized space of the bore 64 of the pressure reducing valve 22 emerges, is via this leakage line 66 discharged into the hydraulic fluid tank 14.
  • the level of the pressure at the hydraulic motor 20 is determined by the bias of the spring 30 is set.
  • the pressure is allowed should not be chosen too small, otherwise in the generator Operation of the electric motor 16 of the hydraulic motor 20 no longer starts and thus the volume flow of the hydraulic medium is interrupted is.

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Steuerungsvorrichtung für einen in einem Hydrauliksystem fließenden Volumenstrom eines Hydraulikmittels zumindest eines belasteten Arbeitsmittels (12), insbesondere zum Heben und Senken einer Last, mit zumindest einem Sperrventil (18) und zumindest einem Hydromotor (20). Es wird vorgeschlagen, daß in dem Hydrauliksystem zwischen dem Arbeitsmittel (12) und dem Hydromotor (20) ein Druckminderventil (22) so angeordnet ist, daß es beim Senken der Last den am Hydromotor (20) anstehenden Druck verringert. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Steuerungsvorrichtung für einen in einem Hydrauliksystem fließenden Volumenstrom eines Hydraulikmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannt ist eine gattungsbildende Steuervorrichtung zum Absenken einer Last auf einen Hydraulikzylinder. Dabei ist der Hydraulikzylinder über ein Sperrventil und einen Hydromotor mit einem Hydraulikmitteltank verbunden. Soll die Last abgesenkt werden, wird das Sperrventil geöffnet und Hydraulikmittel strömt durch das Sperrventil und den Hydromotor zum Hydraulikmitteltank. Dabei wird der Hydromotor durch den Druck des Hydraulikmittels angetrieben. In der Regel wird die Funktion des Hydromotors von einer rückwärts laufenden Hydropumpe erfüllt, die im Hubbetrieb den Versorgungsdruck für die Hydraulik bereitstellt. Die Hydraulikpumpe wird zumeist von einem Elektromotor angetrieben. Beim Absenken einer Last wird der Elektromotor vom Hydromotor angetrieben und arbeitet in diesem Betriebszustand generatorisch im dritten Quadranten. Die Senkleistung übersteigt dabei die Hubleistung im Hubbetrieb deutlich. Der Elektromotor muß deshalb zur Leistungsaufnahme im Senkbetrieb größer dimensioniert werden als dies für den reinen Hubbetrieb nötig wäre. Dies hat höhere Kosten für größere Elektromotoren zum Nachteil und erfordert darüber hinaus einen größeren Bauraum.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Steuerungsvorrichtung für einen in einem Hydrauliksystem fließenden Volumenstrom eines Hydraulikmittels zumindest eines belasteten Arbeitsmittels, insbesondere zum Heben und Senken einer Last, mit zumindest einem Sperrventil und zumindest einem Hydromotor.
Es wird vorgeschlagen, daß in dem Hydrauliksystem zwischen dem Arbeitsmittel und dem Hydromotor ein Druckminderventil so angeordnet ist, daß es beim Senken der Last den am Hydromotor anstehenden Druck verringert. Das Druckminderventil nimmt bei hohen Lasten, respektive hohen Drücken im Hydrauliksystem, einen Teil der hydrostatischen Energie des Arbeitsmittels auf, die im wesentlichen der frei werdenden potentiellen Energie der Last bei deren Absenken entspricht. Diese Energie wird entsprechend der Druckminderung teilweise beim Durchströmen des Hydraulikmittels durch das Druckminderventil durch innere Reibung in Wärme umgewandelt. Die Wärmeleistung entspricht dem Produkt aus Durchflußrate und Druckdifferenz am Druckminderventil. Die Leistungsaufnahme des Hydromotors und damit die eines durch diesen angetriebenen, generatorisch arbeitenden Elektromotors verringert sich entsprechend dieser Wärmeleistung. Es kann daher ein kleiner dimensionierter Elektromotor eingesetzt und es kann eine thermische Entlastung erreicht werden. Dies führt zu einer Kostensenkung. Die kleinere Bauweise des Elektromotors führt weiterhin zu einer Bauraumreduktion.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Druckminderventil einen in Öffnungsrichtung vorgespannten Schieber auf, der durch das ausgangsseitig des Druckminderventils unter geminderten Druck stehenden Hydraulikmittel in Schließrichtung verschiebbar ist. Je höher der Druck am Druckminderventilausgang ist, desto stärker ist die Kraft auf den Schieber in Schließrichtung. Der Schieber überwindet die Vorspannung in Öffnungsrichtung und schließt das Druckminderventil. Der Öffnungsquerschnitt des Druckminderventils nimmt ab, und die Druckdifferenz am Druckminderventil nimmt zu. Bei konstantem Eingangsdruck nimmt daher der Ausgangsdruck ab. Die Kraft auf den Schieber in Schließrichtung nimmt ab, und das Druckminderventil öffnet sich wieder. Schließlich stellt sich ein stabiles Gleichgewicht ein. Dabei hängt der ausgangsseitige Druck am Druckminderventil von der Vorspannung ab. Die Ausgestaltung des Druckminderventils als Schieberventil zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und durch Zuverlässigkeit aus.
Vorzugsweise ist der Schieber in Öffnungsrichtung und in Schließrichtung über von der Größe differierende Flächen mit Hydraulikmittel beaufschlagbar. Ein nach diesem sogenannten Differenzflächenprinzip aufgebautes Druckminderventil bietet den Vorteil eines schwächer dimensionierbaren Vorspannungselements. Es kann damit beispielsweise eine Feder eingesetzt werden, die einen geringeren Bauraum benötigt, denn die in Öffnungsrichtung des Druckminderventils wirkende Druckkraft unterstützt damit die Vorspannung. Die resultierende Gesamtkraft ergibt sich aus dem Druck des Hydraulikmittels multipliziert mit der Differenz der beiden Flächen.
Vorteilhafterweise weist der Schieber die Form einer Hülse auf, die auf der einen axialen Stirnseite geschlossen ist und auf der anderen zum Ablauf von Hydraulikmittel offen ist. Die Hülse ist in einem Gehäuse des Druckminderventils verschiebbar. In ihrer Mantelfläche weist sie mindestens eine radiale Öffnung als Hydraulikmittelzulauf auf, die mit einem Hydraulikmittelzufuhrkanal im Gehäuse des Druckminderventils zur Regelung des geminderten Drucks des Hydraulikmittels in veränderbarem Ausmaß in Überdeckung bringbar ist. Durch die Größe der Überdeckungsfläche wird der Hydraulikmitteldurchstrom und damit die Druckminderung geregelt. Je größer der Querschnitt der Überdeckung zwischen der Öffnung in der Hülse und der Öffnung des Hydraulikmittelzufuhrkanals ist, desto größer ist der Hydraulikmitteldurchstrom und desto kleiner ist entsprechend der Druckabfall an dieser Stelle. Bei konstantem Zulaufdruck steigt damit der Druck auf der Ausgangsseite des Druckminderventils an. Der Druck in der Hülse bewirkt eine Kraft auf die Innenfläche der geschlossenen Stirnseite. Da die entgegengesetzte Stirnseite offen ist, gibt es zu dieser Druckkraft keine hydraulische Gegenkraft. Die Hülse ist aber entgegen dieser Kraft vorgespannt. Die radiale Öffnung in der Hülse und die Öffnung des Hydraulikmittelzufuhrkanals sind in ihrer Anordnung derart gewählt, daß bei zunehmender Verschiebung der Hülse entgegen der Vorspannung die Überdeckung der Öffnungen und damit der Zulaufquerschnitt abnimmt. Es stellt sich damit das oben beschriebene Gleichgewicht ein. Dieser Aufbau des Druckminderventils mit Steuerbewegungen der Hülse senkrecht zur Hydraulikmittelströmung bietet den Vorteil, daß keine Staudruckeffekte auftreten. Das Druckminderventil zeigt damit ein einfaches Regelverhalten. Ferner kann mit einer vorgeschlagenen Hülse eine leichte und schmutzunempfindliche Konstruktion erreicht werden. Die Hülse kann auch mehrere radiale Öffnungen aufweisen, die mit einer mit dem Hydraulikmittelzufuhrkanal verbundenen ringförmigen, die Hülse umfassenden Nut auf der Innenseite des Gehäuses zur Überdeckung gebracht werden können.
Vorzugsweise übt eine Feder eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft auf die Hülse aus, die der Druckkraft des Hydraulikmittels auf eine Innenfläche einer geschlossenen Stirnseite der Hülse entgegenwirkt. Auf diese Weise kann die Vorspannung des Schiebers gegen die hydraulische Kraft in einfachster Weise ausgestaltet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teil der Außenfläche der geschlossenen Stirnseite der Hülse zur Teilkompensation der auf die Innenfläche der geschlossenen Stirnseite wirkenden Druckkraft ebenfalls mit Hydraulikmittel beaufschlagt. Die Druckkraft auf diesen Teil der Außenfläche wirkt in Öffnungsrichtung des Druckminderventils und unterstützt damit die Vorspannung. Die resultierende Gesamtkraft ergibt sich aus dem Druck des Hydraulikmittels multipliziert mit der Differenz von der Innenfläche und der äußeren Teilfläche der Stirnseite der Hülse. Das oben erwähnte Differenzflächenprinzip kann bei einer derartigen Hülse einfach realisiert werden.
Vorzugsweise weist die geschlossene Stirnseite dazu eine Hydraulikmitteldurchführung zur Hydraulikmittelbeaufschlagung eines Teils der Außenfläche der geschlossenen Stirnseite der Hülse auf. Diese Hydraulikmittelbeaufschlagung kann in einfachster Weise als Bohrung ausgeführt sein und ist damit sehr kostengünstig.
Vorteilhafterweise ist das Druckminderventil mittels einer Leckageleitung mit einem Hydraulikmitteltank verbunden. Hydraulikmittel, das durch eine Dichtung aus einer mit Druck beaufschlagten Ventilkammer des Druckminderventils in einen drucklosen Teil des Druckminderventils, wie beispielsweise einen Federraum, austritt, ist über diese Leckageleitung in den Hydraulikmitteltank abführbar. Auf diese Weise kann ein Leckageverlust von Hydraulikmittel vermieden werden, die Umwelt geschont und insbesondere kann ein ungewünschter Druckaufbau in einem drucklosen Raum vermieden werden.
Vorzugsweise ist ein Rückschlagventil parallel zu dem Druckminderventil geschaltet. Dieses Rückschlagventil bildet im Hubbetrieb des oder der Arbeitsmittel einen Bypass für das Hydraulikmittel. Auf diese Weise kann vorteilhaft im Falle einer geregelten Hydropumpe das oder die Arbeitsmittel schnell und einfach mit Hydraulikmittel beaufschlagt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung arbeitet der Hydromotor im Hubbetrieb des oder der Arbeitsmittel als Hydropumpe. Bei möglichem beidseitigen Betrieb des Hydromotors kann damit eine gesonderte Hydropumpe eingespart werden.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1
ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und
Fig. 2
ein Druckminderventil im geöffneten Zustand.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung dargestellt. Ein Arbeitszylinder 12 wird zum Kolbenhub zum Anheben einer Last von einer Hydropumpe 10 mit Hydraulikmittel aus einem Hydraulikmitteltank 14 versorgt. Die Hydropumpe 10 wird von einem vorzugsweise in beide Richtungen drehzahlregelbaren Elektromotor 16 angetrieben. Das Absenken des Kolbens in den Arbeitszylinder 12 zum Absenken der Last wird von einem Sperrventil 18 gesteuert. Soll die Last gehalten werden, ist das Sperrventil 18 geschlossen. Zum Herablassen der Last wird es geöffnet. Hydraulikmittel fließt dabei durch das Sperrventil 18 und die Hydropumpe 10 zum Hydraulikmitteltank 14. Die Hydropumpe 10 läuft dabei rückwärts in der Wirkungsweise eines Hydromotors 20 und treibt den Elektromotor 16 an. Der Elektromotor 16 arbeitet in diesem Betriebszustand generatorisch im dritten Quadranten. Der Hydraulikmitteldruck wird dabei von dem Gewicht der Last bestimmt. Bei hohen Lasten, respektive hohen Drücken im Hydraulikmittel, könnte die Senkleistung die Hubleistung deutlich übersteigen.
Um den Elektromotor 16 in seiner Leistungsaufnahme in diesem generatorischen Betriebszustand zu entlasten, ist zwischen Sperrventil 18 und Hydromotor 20 ein Druckminderventil 22 zwischengeschaltet. Der Hydromotor 20 und damit der Elektromotor 16 wird dann von dem geminderten Druck angetrieben, so daß seine Leistungsaufnahme durch diesen begrenzt ist. Dadurch kann der Elektromotor 16 kleiner dimensioniert werden. Im Hubbetrieb des Arbeitszylinders 12 wird das Sperrventil 18 und das Druckminderventil 22 mittels eines Bypasses 24 umgangen, in dem ein Rückschlagventil 26 angeordnet ist. Durch letzteres wird der Bypass 24 im Senkbetrieb abgesperrt.
Das Druckminderventil 22 ist im einzelnen in Fig. 2 aufgezeigt. Das Druckminderventil 22 weist einen in Öffnungsrichtung 28 mittels einer Feder 30 vorgespannten Schieber 32 auf, der durch das ausgangsseitig des Druckminderventils 22 unter geminderten Druck stehenden Hydraulikmittel in Schließrichtung 34 verschiebbar ist. Der Schieber 32 besitzt die Form einer Hülse 36, die auf der einen axialen Stirnseite 38 geschlossen ist und auf der anderen zum Ablauf von Hydraulikmittel offen ist. Diese Hülse 36 ist in einem Gehäuse 40 des Druckminderventils 22 verschiebbar. Die Hülse 36 weist in ihrer Mantelfläche 42 zwei radiale Öffnungen 44, 46 in Form von Bohrungen als Hydraulikmittelzulauf auf, die mit einer ringförmigen, die Hülse 36 umfassenden Nut 48 auf der Innenseite des Gehäuses 40 zur Überdeckung gebracht werden können. Die ringförmige Nut 48 ist mit einem Hydraulikmittelzufuhrkanal 50 im Gehäuse 40 des Druckminderventils 22 verbundenen.
Die Feder 30 übt eine in Öffnungsrichtung 28 wirkende Kraft auf die Hülse 36 aus, die der Druckkraft des Hydraulikmittels auf die Innenfläche 52 der geschlossenen Stirnseite 38 entgegenwirkt. Bei steigendem Druck in der Hülse 36 steigt die Kraft auf die Innenfläche 52 der geschlossenen Stirnseite 38. Damit wird die Hülse 36 in der Darstellung nach Fig. 2 entgegen der Federkraft zunehmend nach links verschoben. Der Überdeckungsquerschnitt zwischen den radialen Öffnungen 44, 46 und der die Hülse 36 umfassenden Nut 48 bzw. des Hydraulikmittelzufuhrkanals 50 nimmt dabei ab. Der Überdeckungsquerschnitt bestimmt den Zulaufquerschnitt des Druckminderventils 22. Da der Ablaufquerschnitt des Druckminderventils 22 konstant ist, nimmt mit abnehmendem Zulaufquerschnitt des Druckminderventils 22 bei konstantem Eingangsdruck der ausgangsseitige Druck im Druckminderventil 22 ab. Damit nimmt die in Schließrichtung 34 wirkende Kraft auf die Innenfläche 52 der geschlossenen Stirnseite 38 ab, und das Druckminderventil 22 öffnet sich wieder. Schließlich stellt sich ein stabiles Gleichgewicht ein. Dabei hängt der ausgangsseitige Druck am Druckminderventil 22 von der Vorspannung der Feder 30 in Öffnungsrichtung 28 ab. Auf diese Weise wird der ausgangsseitige Druck im Druckminderventil 22 durch den Überdeckungsquerschnitt zwischen den radialen Öffnungen 44, 46 und der die Hülse 36 umfassenden Nut 48 bzw. des Hydraulikmittelzufuhrkanals 50 geregelt. Ein Endanschlag 68 verhindert, daß die Hülse 36 durch die Kraft der Feder 30 derart weit in Öffnungsrichtung 28 verschoben wird, daß sie aus dem stabilen Regelungsgleichgewicht in ein labiles Gleichgewicht gelangt, in dem mit zunehmender Verschiebung der Hülse 36 in Öffnungsrichtung 28 der Überdeckungsquerschnitt zwischen den radialen Öffnungen 44, 46 und der die Hülse 36 umfassenden Nut 48 bzw. des Hydraulikmittelzufuhrkanals 50 wieder abnimmt.
Die geschlossene Stirnseite 38 der Hülse 36 weist eine Bohrung als Hydraulikmitteldurchführung 54 auf. Diese Bohrung verbindet den Innenraum 58 der Hülse 36 mit einem Ringraum 60 zwischen dem Gehäuse 40 und der Stirnseite 38 der Hülse 36. In diesem Ringraum 60 herrscht damit der gleiche Druck wie im Innenraum 58 der Hülse 36. Der Ringraum 60 umschließt einen zylinderförmigen Fortsatz 62 der Stirnseite 38 der Hülse 36, der sich in eine Bohrung 64 des Gehäuses 40 erstreckt. Der den Fortsatz 62 der Stirnseite 38 als Ringfläche umgebende Teil der Außenfläche 56 der geschlossenen Stirnseite 38 wird damit ebenfalls mit Hydraulikmitteldruck beaufschlagt. Ein Teil der auf die Innenfläche 52 der geschlossenen Stirnseite 38 wirkenden Druckkraft wird auf diese Weise kompensiert. Die Druckkraft auf diesen Teil der Außenfläche 56 wirkt in Öffnungsrichtung 28 des Druckminderventils 22 und unterstützt damit die Vorspannung der Feder 30. Die resultierende Gesamtkraft ergibt sich aus dem Druck des Hydraulikmittels multipliziert mit der Differenz von der Innenfläche 52 und der äußeren Teilfläche der Stirnseite 38 der Hülse 36. Dies entspricht dem Produkt aus dem Druck und der Querschnittsfläche des Fortsatzes 62 der Stirnseite 38. Dieses nach diesem sogenannten Differenzflächenprinzip aufgebaute Druckminderventil 22 bietet den Vorteil, daß die Feder 30 schwächer dimensioniert werden kann. Anderenfalls würde für die Feder 30 ein deutlich größerer Bauraum benötigt.
Die Bohrung 64 des Gehäuses 40, in die sich der zylinderförmige Fortsatz 62 der Stirnseite 38 der Hülse 36 erstreckt, und in der die Feder 30 aufgenommen ist, ist mittels einer Leckageleitung 66 mit dem Hydraulikmitteltank 14 verbunden. Hydraulikmittel, das durch eine nicht dargestellte Dichtung aus dem mit Druck beaufschlagten Ringraum 60 des Druckminderventils 22 in den drucklosen Raum der Bohrung 64 des Druckminderventils 22 austritt, wird über diese Leckageleitung 66 in den Hydraulikmitteltank 14 abgeführt.
Die Höhe des am Hydromotor 20 anstehenden Drucks wird durch die Vorspannung der Feder 30 eingestellt. Der Druck darf nicht zu klein gewählt werden, da sonst im generatorischen Betrieb des Elektromotors 16 der Hydromotor 20 nicht mehr anläuft und damit der Volumenstrom des Hydraulikmittels unterbrochen ist.

Claims (11)

  1. Steuerungsvorrichtung für einen in einem Hydrauliksystem fließenden Volumenstrom eines Hydraulikmittels zumindest eines belasteten Arbeitsmittels (12), insbesondere zum Heben und Senken einer Last, mit zumindest einem Sperrventil (18) und zumindest einem Hydromotor (20), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hydrauliksystem zwischen dem Arbeitsmittel (12) and dem Hydromotor (20) ein Druckminderventil (22) so angeordnet ist, daß es beim Senken der Last den am Hydromotor (20) anstehenden Druck verringert.
  2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckminderventil (22) einen in Öffnungsrichtung (28) vorgespannten Schieber (32) aufweist, der durch das ausgangsseitig des Druckminderventils (22) unter geminderten Druck stehenden Hydraulikmittel in Schließrichtung (34) verschiebbar ist.
  3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) in Öffnungsrichtung (28) und in Schließrichtung (34) über von der Größe differierende Flächen (56, 52) mit Hydraulikmittel beaufschlagbar ist.
  4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) die Form einer Hülse (36) aufweist, die auf der einen axialen Stirnseite (38) geschlossen ist und auf der anderen zum Ablauf des Hydraulikmittels offen ist, und daß die Hülse (36) in einem Gehäuse (40) des Druckminderventils (22) verschiebbar ist und in ihrer Mantelfläche (42) mindestens eine radiale Öffnung (44, 46) als Hydraulikmittelzulauf aufweist, die mit einem Hydraulikmittelzufuhrkanal (50) im Gehäuse (40) des Druckminderventils (22) zur Regelung des geminderten Drucks des Hydraulikmittels in veränderbarem Ausmaß in Überdeckung bringbar ist.
  5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (30) eine in Öffnungsrichtung (28) wirkende Kraft auf die Hülse (36) ausübt, die der Druckkraft des Hydraulikmittels auf eine Innenfläche (52) einer geschlossenen Stirnseite (38) der Hülse (36) entgegenwirkt.
  6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Außenfläche (56) der geschlossenen Stirnseite (38) der Hülse (36) zur Teilkompensation der auf die Innenfläche (52) der geschlossenen Stirnseite (38) wirkenden Druckkraft ebenfalls mit Hydraulikmittel beaufschlagt wird.
  7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Stirnseite (38) eine Hydraulikmitteldurchführung (54) zur Hydraulikmittelbeaufschlagung eines Teils der Außenfläche (56) der geschlossenen Stirnseite (38) der Hülse (36) aufweist.
  8. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckminderventil (22) mittels einer Leckageleitung (66) mit einem Hydraulikmitteltank (14) verbunden ist, über die aus dem Druckminderventil (22) durch eine Dichtung austretendes Hydraulikmittel in den Hydraulikmitteltank (14) abführbar ist.
  9. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückschlagventil (26) parallel zum Druckminderventil (22) geschaltet ist, das im Hubbetrieb des oder der Arbeitsmittel (12) einen Bypass (24) für das Hydraulikmittel ausbildet.
  10. Steuervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (26) parallel zum Sperrventil (18) geschaltete ist, das in Reihe zum Druckminderventil (22) liegt.
  11. Steuerungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (20) im Hubbetrieb des oder der Arbeitsmittel (12) als Hydropumpe (10) arbeitet.
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