WO2003102427A1 - Hydrozylinder mit ventilanordnung - Google Patents

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WO2003102427A1
WO2003102427A1 PCT/DE2003/001667 DE0301667W WO03102427A1 WO 2003102427 A1 WO2003102427 A1 WO 2003102427A1 DE 0301667 W DE0301667 W DE 0301667W WO 03102427 A1 WO03102427 A1 WO 03102427A1
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Willy Kussel
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Tiefenbach Bergbautechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a hydraulic consumer according to the preamble of claim 1.
  • the hydraulic consumer has a switching and shut-off valve arrangement, by means of which it can be alternately connected to a medium pressure connection or a high pressure connection.
  • the selection of the lines can be arbitrary or system-dependent, e.g. B. be controlled by sensors.
  • Such a hydraulic consumer is usually preceded by a hydraulically piloted shuttle valve in the consumer connection, to which the high-pressure connection and the medium-pressure connection are connected.
  • the hydraulically pilot-operated shuttle valve ensures that the consumer connection is always only at the higher pressure and that the connection from the higher pressure to the lower pressure is blocked.
  • connection to lines which carry differently high pressure can be expedient in particular if the hydraulic consumer is a work machine to which different requirements are made. This is particularly the case with hydraulic cylinder-piston units which are used in removal devices for supporting the shields in mining. Such removal devices work with very high pressure. It is known to use these removal devices, for. B. switch from a pressure of 300 bar to a pressure - hereinafter referred to as medium pressure - of more than 300 bar.
  • High pressure on the other hand, is avoided as much as possible at high volume flows because of the very heavy stress on the valves associated with it. Above all, however, the high pressure would be switched on in the work stages with a high Volume flow are connected, lead to a collapse of the high pressure system.
  • the object of the invention is therefore to design the hydraulic consumer so that it can optionally, d. H. can be applied arbitrarily or system-controlled, to a medium pressure or a high pressure, without the risk of a collapse of the high pressure source and the high pressure system and the promotion of large volume flows at high pressure.
  • the hydraulic consumer can be operated continuously via the medium pressure system, even when no high pressure is available, because, for. B. other consumers take precedence. It is the connection of the high pressure arbitrary or system-dependent, for. B. possible when requested by sensors or by hand control at any time, but only under suitable conditions with regard to the operating state of the hydraulic consumer. A connection of the high pressure at the wrong time with the risk of a collapse of the high pressure system is avoided.
  • Claim 2 provides a suitable shuttle valve - hereinafter referred to as a check valve - with which the necessary switching functions are realized.
  • the valve piston of the shut-off valve With this shut-off valve, the valve piston of the shut-off valve is kept in its flow position continuously, ie in all operating states with one exception, so that there is a permanent connection between the medium pressure connection and the consumer connection of the hydraulic consumer.
  • the exceptional operating situation exists when, on the one hand, the high pressure is switched on and, on the other hand, the check valve piston is also subjected to the consumer pressure in the sense of a pilot control.
  • the minimum required limit pressure of the consumer which causes the shut-off valve piston to switch into its locked position, is set so high that there is no significant pressure drop in the high-pressure system when the high pressure is connected to the consumer connection and that no significant volume flows have to be moved to increase the pressure in the consumer ,
  • the check valve piston acts as a simple check valve which avoids the inadvertent lowering of the consumer under an external load if the consumer is neither connected to the medium pressure nor to the high pressure. Sensitive, continuous control of the consumer with the help of the medium-pressure switching valve is made possible.
  • pilot control surfaces and piston collars are formed on the circumference of the cylindrical shut-off valve piston, suits the use of the shut-off valve as a check valve with a low flow resistance in the flow position.
  • two pilot control surfaces are formed on the shut-off valve piston, which act in the direction of the shut-off position and are acted upon on the one hand by the high pressure and on the other hand by the consumer pressure.
  • pilot surfaces can also be formed on the circumference of the piston.
  • the development according to claim 5 serves on the one hand to simplify the piston structure and, on the other hand, allows higher flow cross sections, low flow resistance and wear-free delivery of large volume flows.
  • FIG. 2 An embodiment of a check valve
  • FIG 3 Another embodiment of a check valve with special
  • the hydraulic consumer is e.g. B. a cylinder-piston system 1 with cylinder 2, piston 3 and punch 4, shown in a schematic embodiment. Hydraulic pressure is applied to the cylinder via a consumer connection 5 for upward movement by means of the switching and blocking valve system shown. It should be mentioned that for the downward movement the other cylinder chamber is equipped with a corresponding consumer connection line and a corresponding valve system, which is not shown here.
  • the consumer connection 5 of the consumer can be connected to a medium-pressure connection 7 or a high-pressure connection 9 via a shuttle valve - primarily referred to in this application as a shut-off valve.
  • the medium pressure connection has z. B. 300 bar, the high pressure connection 400 bar.
  • the pressure supply of the medium pressure connection 7 with the medium pressure P1 takes place via line 13 through the medium pressure switching valve 10. This is a 3/2 way valve.
  • the valve is hydraulically piloted with the connections: medium pressure line 11, return R and port 7 by a pilot pressure PV.
  • the medium pressure switching valve is controlled by means of the medium pressure pilot valve 12. This was a 3/2 way valve with electromagnetic actuation.
  • the medium pressure P1 is fed to the medium pressure pilot line 13 as pilot pressure PV. This control leads to the connection of lines 11 and 7.
  • the medium-pressure switching valve 10 is preferably designed as a seat valve with a seat which blocks the connection from the pump line P1, 11 to the consumer connection 7 in the idle state of the valve under the force of the pump pressure.
  • the high pressure P2 is connected to the high pressure connection 9 by the high pressure control valve 14. It is a 3/2 way valve that is hydraulically piloted by the pilot pressure PV.
  • the high-pressure pilot valve 16, through which the high-pressure pilot line 17 can be connected to the pump line P1, is used for pilot control.
  • the medium pressure is used as the pilot pressure PV.
  • the high pressure pilot valve 16 is also actuated electromagnetically and is connected to the return in its rest position.
  • the high-pressure switching valve 14 is also preferably designed as a seat valve with a seat which, in the rest position of the valve, blocks the connection between the high pressure pump line P2 high pressure to the high pressure connection 9 or the return R.
  • the switching and shut-off valve arrangement described so far is designed in such a way that the hydraulic consumer can be operated continuously with the medium pressure, with the exception of one of the operating states described below:
  • the shuttle valve provides a resistance-free connection between the medium pressure connection 7 and the consumer connection 5 given.
  • the piston 3 and plunger 4 can thus be raised by electromagnetic actuation of the medium-pressure pilot valve 12.
  • the electromagnet of the pilot valve 12 drops out.
  • the pilot valve 12 and the medium pressure switching valve 10 thus switch into the return position so that the piston 3 can travel downward.
  • the shuttle valve 6 remains open.
  • connection of the high pressure ie the connection of the consumer connection 5 to the high pressure connection 9, even when the electromagnet of the high pressure pilot valve 16 and the high pressure switching valve 14 are actuated, and not at the wrong time can be done.
  • a circuit is only possible if a predetermined hydraulic limit pressure is at least reached in consumer 1 or consumer connection 5.
  • This hydraulic limit pressure is above atmospheric pressure and is essentially in the range in which the Medium pressure.
  • the limit pressure is selected so that the pressurization of the hydraulic consumer with the high pressure does not lead to large volume flows and does not lead to a breakdown of the pressure in the high pressure system and also does not lead to excessive wear of the valves.
  • the limit pressure should not be below 100 bar if operation at 300 bar is desired.
  • valves are therefore locked. In the simplest case, this can be done by measuring the pressure in the consumer by means of a pressure sensor and blocking the electrical actuation of the electromagnet for the high-pressure pilot valve 16 as long as the limit pressure has not been reached.
  • the following description of Figures 2 and 3 relates to a special embodiment of the shuttle valve or check valve 6, which is integrated in the circuit of Figure 1. The following description applies equally to FIGS. 2 and 3 unless the differences are expressly pointed out.
  • a change-over valve usually has a valve piston which can be moved back and forth between two pressure connections and which in each case releases the connection with the higher pressure to a discharge connection and blocks the connection with the lower pressure.
  • a special design of this shuttle valve is provided in such a way that it can also perform a special function as a check valve in relation to the high-pressure connection.
  • the check valve 6 is connected via the medium pressure connection 7 to the medium pressure switching valve 10 and via the high pressure connection 9 to the high pressure switching valve 14.
  • the intermediate / high pressure connection 9 or the high pressure connection 9 is optionally connected to the consumer connection 5 by means of the locking / discharge piston 19.
  • the locking / valve piston 19 has on one end a seat body 23 which corresponds to an annular seat surface 22 in the valve housing 18.
  • the inlet chamber 24 of the valve housing becomes opposite the medium pressure connection 7 hermetically sealed.
  • This position is referred to in this application as the blocked position or blocked position.
  • the opposite position shown in Figures 2 and 3 is referred to as the flow position or flow position.
  • the inlet chamber 24 of the valve housing 18 is connected to the medium pressure connection 7 with as little resistance as possible.
  • a radial passage 25 is drilled in the piston 19, which connects the inlet chamber 24 to the central piston bore 26, which lies on the axis of the piston.
  • the central bore 26 is led to the outside at the other end and communicates here with the consumer chamber 33 which is formed in the valve housing.
  • the consumer chamber 33 is continuously connected to the consumer connection 5 on one side and to the inlet chamber 24 on the other side.
  • the consumer connection 5 branches off laterally from the valve housing 18.
  • the consumer connection 5 is adjacent to the high-pressure connection 9.
  • the check valve piston 19 has a cylindrical control collar 31. This control collar covers and closes the high-pressure connection 9 with respect to the consumer connection 5 and controls this connection with the edge running around its end face 38 when the check valve piston 19 - in the drawing to the left - moves into its blocking position.
  • the end-side piston collar 32 has a smaller diameter than the control collar 31.
  • This piston collar 32 therefore leaves an annular surface 38 on the control collar 31, which is referred to in this application as the consumer pressure control surface.
  • Control collar 31 delimits the consumer chamber 33 in the direction of the blocking position of the blocking valve piston with this end face.
  • Piston collar 32 delimits the consumer chamber 33 radially inwards and otherwise closes it off against the end of the valve housing.
  • the valve housing forms a compensation chamber 34, which is connected to the inlet chamber 24 via the central channel 26 and the passage bore 25.
  • the check valve piston 19 furthermore has between the seat body 23 and the control collar 31 first the piston collar 35, and then the piston collar 40 which is larger in diameter.
  • the piston collar 35 covers the valve chamber 41 formed in the valve housing 18, which serves as a medium pressure chamber and is constantly applied to line pressure P 1 via line 36.
  • the medium pressure chamber 41 is delimited towards the piston collar 40 by its end face 28, which forms an annular surface with respect to the piston collar 35, on which the constantly applied medium pressure P 1 acts in the sense that a force is exerted in the direction of the flow position of the check valve piston 19.
  • the piston collar 40 forms an annular surface 29 with respect to the control collar 31, which is exposed to the high pressure in the valve chamber 37 serving as the high pressure chamber via the high pressure connection 9, provided that the high pressure connection 9 is pressurized with high pressure PO2 via the high pressure switching valve 14.
  • the high pressure acts on the high pressure control surface 29 in the sense of a force which shifts the check valve piston 19 into its locked position.
  • the pilot control of the check valve piston 19 takes place in the following way:
  • the ring surfaces 28 and 29 are formed on the central piston collar 40 with an enlarged diameter compared to the adjacent piston collars 35 and 31.
  • the annular surface 28 and the piston collar 35 form with the valve housing 18 a valve chamber 34, medium pressure valve chamber, which is constantly connected to the medium pressure P1 via a medium pressure supply line 36 - see also FIG. 1.
  • the pressure on the medium-pressure end face 28 acts on the check valve piston 19 in the sense of an adjustment to the flow position.
  • the annular surface 29 opposite on the piston collar 36 forms with the valve housing 18 the chamber 37, which can be connected to the high-pressure connection 9.
  • the high pressure connection 9 is acted upon or relieved of the high pressure by means of the high pressure switching valve 14 and high pressure pilot valve 16.
  • the consumer pressure control surface 38 which is aligned with the annular surface 29, is also formed on the control collar 31.
  • the annular surface 38 and the piston collar 32 at the end and the valve housing 18 form the consumer chamber 33, which is connected to the consumer connection 5 - see FIG. 1 in this regard.
  • the pressure on the high-pressure control surface 29 and this consumer pressure control surface 38 acts in the sense of the adjustment of the check valve piston 19 into its locked position.
  • the annular surfaces 28 on one side and 29 and 38 on the other side are now dimensioned such that the medium pressure prevailing in the central chamber 41 and the thereby only overcome in the sense of the flow position by applying the high pressure to the opposing annular surface 29 and the piston 19 is pressed into its blocking position when a certain limit pressure prevails at the annular surface 38, ie in the consumer connection 5 and the consumer 1.
  • This limit pressure can be equal to or less than the medium pressure. In any case, it is greater than the atmospheric pressure and is determined as far as desired when dimensioning the valve. It is so large that the piston 19 is switched to its blocking position only when the high pressure is switched on to the high pressure connection 9, so that no significant volume flow in the direction of the consumer 1 takes place.
  • the check valve according to FIG. 3 differs from the one described above primarily in that the consumer connection 5 is aligned with the check valve piston 19. As a result, the central channel 26 in the check valve piston 19 is in constant communication with the consumer connection 5 of the consumer 1.
  • the control collar 31 also closes the high-pressure chamber 37 with the high-pressure connection 9 in the flow-through position of the piston 19.
  • the control collar 31 has radial high-pressure bores 27 which open into the central channel 26. These high-pressure bores 27 connect the high-pressure valve chamber 41 to the central bore 26 in the locked position of the valve piston 29. Before the locked position is reached, the high-pressure bores 27 remain closed by the valve housing 18.
  • the third pilot control surface 38 on which the consumer pressure acts, is formed in the outlet of the valve housing 18 to the consumer connection 5 by the entire end face of the piston 19.
  • the changed sizes of the control surfaces 28, 29, 38 must be taken into account so that the function described above is obtained that the piston 19 only switches into its blocking circuit when the high pressure in the high-pressure connection 9 and the high-pressure chamber and in the end-side consumer chamber the predetermined limit pressure is at least present.
  • the consumer can easily be operated with the available medium pressure without the high pressure being switched on if this occurs according to the external operating conditions.
  • the check valve piston 19 always remains in its flow position due to the constant pressure P1 in the channel 36 and the corresponding valve chamber.
  • the high pressure cannot be incorrectly connected. This can e.g. B. be of importance if the high-pressure switching valve is accidentally actuated after a standstill. Since the mean pressure P1 is already present on the line 36 in this case, the valve remains in its flow position in which the connection between the high-pressure connection 9 and the consumer connection 5 is blocked.
  • the high pressure 9 can only be switched on if either the consumer is under load to such an extent that the consumer pressure is greater than or equal to the limit pressure or if the medium pressure - control valve is initially used to build up the pressure in the consumer to such an extent that the limit pressure - in case of doubt this can be medium pressure - is reached. Only then are the actuating forces on the annular surfaces 29 and 38 sufficient to overcome the actuating force on the annular surface 28 and to move the check valve piston 19 into its locked position. As a result, the connection between the high-pressure connection 9 and the consumer connection 5 is established via the peripheral edge on the control collar 31 (FIG. 2) or the radial bores 27 in the control collar 31. The connection between the consumer port 5 and the medium pressure port 7 is blocked; at the same time the connection between the high pressure connection 9 and the medium pressure connection 7 is blocked.
  • valve chamber 29 ring surface, high pressure control surface Seal control seal control collar 31 end piston collar 32 valve chamber consumer chamber 33 compensation chamber valve chamber 34 piston collar 35 medium pressure supply line 36 line 36 valve chamber 37, high pressure chamber annular surface 38 consumer pressure control surface end face 38 valve chamber 39 piston collar medium pressure chamber, valve chamber

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Abstract

Hydrozylinder mit einer Ventilanordnung, die die abwechselnde Verbindung des Hydrozylinders mit einem Mitteldruckanschluss oder einem Hochdruckanschluss ermöglicht. Die Ventilanordnung umfasst ein Mitteldruckschaltventil, ein Hochdruckschaltventil und ein diesen Ventilen nachgeschaltetes Sperrventil (6). Das Sperrventil (6) ist als kombiniertes Schieber- und Sitzventil ausgeführt und besitzt Steuerflächen (28, 29, 38) für den Mitteldruck (P1), den Hochdruck (P2) und den Druck am Verbraucheranschluss (5), d.h. den am Hydrozylinder anstehenden Druck. Die Steuerflächen sind so bemessen, dass eine Verbindung des Hydrozylinders mit dem Hochdruckanschluss erst erfolgen kann, nachdem am Hydrozylinder ein bestimmter Grenzdruck erreicht ist.

Description

HYDROZYLINDER MIT VENTILANORDNUNG
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Verbraucher nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Der hydraulische Verbraucher besitzt eine Schalt- und Sperrventilanordnung, durch welche er abwechselnd mit einem Mitteldruckanschluss oder einem Hochdruckanschluss verbindbar ist. Die Auswahl der Leitungen kann willkürlich oder systembedingt, z. B. durch Sensoren gesteuert sein. Einem solchen hydraulischen Verbraucher ist üblicher Weise ein hydraulisch vorgesteuertes Wechselventil im Verbraucheranschluss vorgeordnet, an welches einerseits der Hochdruckanschluss und andererseits der Mitteldruckanschluss gelegt ist. Durch das hydraulisch vorgesteuerte Wechselventil wird gewährleistet, dass der Verbraucheranschluss stets nur an dem höheren Druck anliegt und dass die Verbindung vom höheren Druck zum niedrigeren Druck gesperrt wird.
Der Anschluss an Leitungen, die unterschiedlich hohen Druck führen, kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn es sich bei dem hydraulischen Verbraucher um eine Arbeitsmaschine handelt, an die unterschiedliche Anforderungen gestellt werden. Dies ist insbesondere der Fall bei hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheiten, die in Ausbaugeräten zur Abstützung der Schilde im Bergbau Anwendung finden. Derartige Ausbaugeräte arbeiten mit sehr hohem Druck. Es ist bekannt, diese Ausbaugeräte z. B. von einem Druck von 300 bar auf einen Druck - im folgenden als Mitteldruck bezeichnet - von mehr als 300 bar umzuschalten. Dabei wird der niedrigere Druck vor allem zum Rauben und Schreiten des Ausbaus gebraucht, sowie in der ersten Phase des Setzens, wenn große Volumenströme geschaltet werden müssen (Rauben = Entspannen und Zurückziehen der Ausbaueinheit; Schreiten = Vorwärtsbewegung der Ausbaueinheit; Setzen = Positionieren der Ausbaueinheit und ihrer Schilde in der Halteposition). Ein Hochdruck wird dagegen bei hohen Volumenströmen tunlichst vermieden wegen der damit verbundenen sehr starken Beanspruchung der Ventile. Vor allem aber würde die Zuschaltung des Hochdrucks in den Arbeitsstadien, die mit einem hohen Volumenstrom verbunden sind, zu einem Zusammenbruch des Hochdruck-Systems führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den hydraulischen Verbraucher so auszugestalten, dass er wahlweise, d. h. willkürlich oder systemgesteuert, an einen Mitteldruck oder einen Hochdruck angelegt werden kann, ohne dass dabei die Gefahr eines Zusammenbruchs der Hochdruckquelle und des Hochdrucksystems und die Förderung großer Volumenströme bei hohem Hochdruck gegeben ist.
Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.
Es wird hierdurch erreicht, dass der hydraulische Verbraucher ständig über das Mitteldruck-System betrieben werden kann, und zwar auch dann, wenn kein Hochdruck zur Verfügung steht, weil z. B. andere Verbraucher Vorrang haben. Es ist zwar die Zuschaltung des Hochdrucks willkürlich oder systemabhängig, z. B. bei Anforderung durch Sensoren oder durch Handsteuerung jederzeit möglich, dies jedoch nur unter geeigneten Voraussetzungen hinsichtlich des Betriebszustandes des hydraulischen Verbrauchers. Eine Zuschaltung des Hochdrucks zur Unzeit mit der Gefahr eines Zusammenbruchs des Hochdruck-Systems wird vermieden.
In einer Weiterbildung wird die Erfindung hydraulisch realisiert. Durch Anspruch 2 wird ein geeignetes Wechselventil - im Folgenden als Sperrventil bezeichnet - bereit gestellt, mit welchem die erforderlichen Schaltfunktionen realisiert werden.
Bei diesem Sperrventil wird der Ventilkolben des Sperrventils ständig, d.h. bei allen Betriebszuständen, mit einer Ausnahme, in seiner Durchflussposition gehalten, so dass eine ständige Verbindung zwischen dem Mitteldruckanschluss und dem Verbraucheranschluss des hydraulischen Verbrauchers gegeben ist. Die Ausnahme- Betriebssituation besteht dann, wenn einerseits die Zuschaltung des Hochdrucks erfolgt und andererseits der Sperrventilkolben auch mit dem Verbraucherdruck im Sinne einer Vorsteuerung beaufschlagt wird. Der dabei mindestens erforderliche Grenzdruck des Verbrauchers, der die Umschaltung des Sperrventilkolbens in seine Sperrposition bewirkt, wird dabei so hoch angesetzt, dass durch Zuschaltung des Hochdrucks auf den Verbraucheranschluss kein wesentlicher Druckabfall im Hochdrucksystem eintritt und zur Druckerhöhung im Verbraucher auch keine wesentlichen Volumenströme bewegt werden müssen.
Die Erreichung und Einstellung der Durchflussposition kann z. B. dadurch erreicht werden, dass der Sperrventilkolben mit einer Feder in entsprechender Richtung belastet wird. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 wirkt der Sperrventilkolben als einfaches Rückschlagventil, welches das unbeabsichtigte Absenken des Verbrauchers unter einer äußeren Last vermeidet, wenn der Verbraucher weder am Mitteldruck noch am Hochdruck angeschlossen ist. Eine feinfühlig stetige Steuerung des Verbrauchers mit Hilfe des Mitteldruck-Schaltventils wird ermöglicht.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4, bei welcher die Vorsteuerflächen und Kolbenbunde auf dem Umfang des zylindrischen Sperrventilkolbens gebildet werden, kommt der Verwendung des Sperrventils als Rückschlagventil mit geringem Durchflusswiderstand in der Durchflussstellung entgegen. Dabei werden in der Ausführung nach den Ansprüchen 3/4 jedenfalls zwei Vorsteuerflächen an dem Sperrventilkolben gebildet, welche in Richtung der Sperrstellung wirken und einerseits mit dem Hochdruck und andererseits mit dem Verbraucherdruck beaufschlagt werden. Diese Vorsteuerflächen können ebenfalls auf dem Umfang des Kolben gebildet werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 dient einerseits der Vereinfachung des Kolbenaufbaus und erlaubt andererseits höhere Durchflussquerschnitte, geringen Durchflusswiderstand und verschleißfreie Förderung großer Volumenströme.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen Figur 1 Den hydraulischen Verbraucher in einer hydraulischen Schaltung
Figur 2 Ein Ausführungsbeispiel für ein Sperrventil
Figur 3 Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Sperrventil mit besonderer
Ausgestaltung des Hochdruckanschlusses
Der hydraulische Verbraucher ist z. B. ein Zylinder-Kolbensystem 1 mit Zylinder 2, Kolben 3 und Stempel 4, gezeigt in schematischer Ausgestaltung. Der Zylinder wird über einen Verbraucheranschluss 5 zur Aufwärtsbewegung mittels des dargestellten Schalt- und Sperr-Ventilsystems mit hydraulischem Druck beaufschlagt. Es sei erwähnt, dass zur Abwärtsbewegung der jeweils andere Zylinderraum mit einer entsprechenden Verbraucheranschlussleitung und einem entsprechendem Ventilsystem ausgestattet ist, das hier nicht dargestellt ist.
Der Verbraucheranschluss 5 des Verbrauchers kann über ein Wechselventil - in dieser Anmeldung vornehmlich als Sperrventil bezeichnet - mit einem Mitteldruckanschluss 7 oder einem Hochdruckanschluss 9 verbunden werden. Der Mitteldruckanschluss hat z. B. 300 bar, der Hochdruckanschluss 400 bar. Die Druckversorgung des Mitteldruckanschlusses 7 mit dem Mitteldruck P1 geschieht über Leitung 13 durch das Mitteldruck-Schaltventil 10. Dabei handelt es sich um ein 3/2 Wegeventil. Das Ventil ist mit den Anschlüssen: Mitteldruckleitung 11, Rücklauf R und Anschluss 7 hydraulisch durch einen Vorsteuerdruck PV vorgesteuert. Die Ansteuerung des Mitteldruck-Schaltventils geschieht mittels des Mitteldruck- Vorsteuerventils 12. Dabei handelte es sich um ein 3/2 Wegeventil mit elektromagnetischer Betätigung. Hierbei wird der Mitteldruck P1 als Vorsteuerdruck PV auf die Mitteldruck-Vorsteuerleitung 13 geleitet. Durch diese Ansteuerung folgt die Verbindung der Leitungen 11 und 7.
Das Mitteldruck-Schaltventii 10 wird vorzugsweise als Sitzventil ausgeführt mit einem Sitz, welcher die Verbindung von der Pumpenleitung P1, 11 zu dem Verbraucheranschluss 7 im Ruhezustand des Ventils unter der Kraft des Pumpendrucks sperrt. Die Zuschaltung des Hochdrucks P2 in den Hochdruckanschluss 9 geschieht durch das Hochdruck-Steuerventil 14. Es handelt sich dabei um ein 3/2 Wegeventil, das durch den Vorsteuerdruck PV hydraulisch vorgesteuert ist. Zur Vorsteuerung dient das Hochdruck-Vorsteuen/entil 16, durch welche die Hochdruck-Vorsteuerleitung 17 mit der Pumpenleitung P1 verbindbar ist. Auch hier wird also der Mitteldruck als Vorsteuerdruck PV verwandt. Das Hochdruck-Vorsteuerventil 16 ist ebenfalls elektromagnetisch betätigt und in seiner Ruheposition mit dem Rücklauf verbunden. Auch das Hochdruck-Schaltventil 14 wird vorzugsweise als Sitzventil ausgebildet mit einem Sitz, welcher in der Ruheposition des Ventils die Verbindung zwischen der Hochdruck führenden Pumpenleitung P2 Hochdruck zu dem Hochdruckanschluss 9 bzw. dem Rücklauf R sperrt.
Die bis hierher geschilderte Schalt- und Sperrventilanordnung wird so ausgeführt, dass der hydraulische Verbraucher ständig mit dem Mitteldruck betrieben werden kann, mit Ausnahme eines im Nachfolgenden geschilderten Betriebszustandes: In allen anderen außer dem Ausnahme-Betriebszustand ist durch das Wechselventil eine Widerstandsfreie Verbindung zwischen dem Mitteldruckanschluss 7 und dem Verbraucheranschluss 5 gegeben. Durch elektromagnetische Betätigung des Mitteldruck-Vorsteuerventils 12 kann also der Kolben 3 und Stempel 4 hochgefahren werden. Bei elektromagnetischer Betätigung des hier nicht darstellten entsprechenden Vorsteuerventils für die Abwärtsbewegung fällt der Elektromagnet des Vorsteuerventils 12 ab. Damit schaltet das Vorsteuerventil 12 und das Mitteldruck-Schaltventil 10 in die Rücklaufstellung, so dass der Kolben 3 abwärts fahren kann. Auch hierbei bleibt das Wechselventil 6 geöffnet. Es ist nun in der Schalt- und Sperrventilanordnung Sorge dafür getragen, dass die Zuschaltung des Hochdrucks, d.h. die Verbindung des Verbraucheranschlusses 5 mit dem Hochdruckanschluss 9 auch bei entsprechender Betätigung des Elektromagneten des Hochdruck-Vorsteuerventils 16 und Schaltung des Hochdruck-Schaltventils 14 nicht zur Unzeit erfolgen kann. Eine Schaltung ist nur möglich, wenn in dem Verbraucher 1 bzw. Verbraucheranschluss 5 ein vorbestimmter hydraulischer Grenzdruck mindestens erreicht ist. Dieser hydraulische Grenzdruck liegt über dem Atmosphärendruck und liegt im wesentlichen in dem Bereich, in welchem auch der Mitteldruck liegt. Der Grenzdruck wird so gewählt, dass die Druckbeaufschlagung des hydraulischen Verbrauchers mit dem Hochdruck nicht zu großen Volumenströmen und nicht zu einem Zusammenbruch des Drucks im Hochdruck- System und auch nicht zu einem übermäßigen Verschleiß der Ventile führt. Der Grenzdruck sollte nicht unter 100 bar liegen, wenn im übrigen ein Betrieb mit 300 bar gewünscht ist.
Es findet also eine Verriegelung der Ventile statt. Dies kann im einfachsten Falle dadurch geschehen, dass durch einen Drucksensor der Druck im Verbraucher gemessen und die elektrische Betätigung des Elektromagneten für das Hochdruck- Vorsteuerventil 16 blockiert wird, solange nicht der Grenzdruck erreicht ist. Im Folgenden wird beschrieben, wie die Erfindung durch eine hydraulische Lösung realisiert werden kann. Die nachfolgende Beschreibung der Figuren 2 und 3 bezieht sich auf eine besondere Ausgestaltung des Wechselventils bzw. Sperrventils 6, das in die Schaltung nach Figur 1 integriert ist. Die nachfolgende Beschreibung gilt gleichermaßen für die Figuren 2 und 3 sofern auf die Unterschiede nicht ausdrücklich hingewiesen wird.
Üblicher Weise besitzt ein Wechselventil eine Ventilkolben, der Zwischen zwei Druckanschlüssen hin und her beweglich ist und er jeweils den Anschluss mit dem höheren Druck zu einem Ableitungsanschluss freigibt und den Anschluss mit dem niedrigeren Druck sperrt. In den Ausführungsbeispielen ist eine besondere Ausbildung dieses Wechselventils derart vorgesehen, dass es als Sperrventil gegenüber dem Hochdruckanschluss auch eine besondere Funktion übernehmen kann. Das Sperrventil 6 ist über den Mitteldruckanschluss 7 mit dem Mitteldruck- Schaltventil 10 und über den Hochdruckanschluss 9 mit dem Hochdruck-Schaltventil 14 verbunden. Durch den Spern/entilkolben 19 wird wahlweise der Mitteldruckanschluss 7 oder der Hochdruckanschluss 9 mit dem Verbraucheranschluss 5 verbunden. Der Spern/entilkolben 19 weist auf einem Ende einen Sitzkörper 23 auf, welcher mit einer ringförmigen Sitzfläche 22 im Ventilgehäuse 18 korrespondiert. Durch Einfahren des Sitzkörpers 23 in den Sitz 22 wird die Einlasskammer 24 des Ventilgehäuses gegenüber dem Mitteldruckanschluss 7 hermetisch dicht verschlossen. Diese Position ist in dieser Anmeldung als Sperrstellung oder Sperrposition bezeichnet. Die entgegengesetzte, in den Figuren 2 und 3 dargestellte Position ist als Durchflussposition oder Durchflussstellung bezeichnet. In dieser Position ist die Einlasskammer 24 des Ventilgehäuses 18 mit dem Mitteldruckanschluss 7 möglichst widerstandsfrei verbunden. In dem Kolben 19 ist ein radialer Durchlass 25 gebohrt, welcher die Einlasskammer 24 mit der zentralen Kolbenbohrung 26 verbindet, die auf der Achse des Kolbens liegt. Die Zentralbohrung 26 ist am anderen Ende nach außen geführt und kommuniziert hier mit der Verbraucherkammer 33 welche in dem Ventilgehäuse gebildet wird. Die Verbraucherkammer 33 ist mit dem Verbraucheranschluss 5 auf der einen Seite und mit der Einlasskammer 24 auf der anderen Seite ständig verbunden. Dies gilt für die Ausführung nach Anspruch 2. Bei der Ausführung nach Figur 2 zweigt der Verbraucheranschluss 5 seitlich von dem Ventilgehäuse 18 ab. Dabei liegt der Verbraucheranschluss 5 benachbart zu dem Hochdruckanschluss 9. Auf der von dem Sitzkörper 23 abgewandten Endseite weist der Sperrventilkolben 19 einen zylindrischen Steuerbund 31 auf. Dieser Steuerbund überdeckt und verschließt den Hochdruckanschluss 9 gegenüber dem Verbraucheranschluss 5 und steuert mit der an seiner Stirnfläche 38 umlaufenden Kante diese Verbindung auf, wenn sich der Sperrventilkolben 19 - in der Zeichnung nach links - in seine Sperrstellung bewegt. Der endseitige Kolbenbund 32 besitzt einen kleineren Durchmesser als der Steuerbund 31. Dieser Kolbenbund 32 lässt daher an den Steuerbund 31 eine Ringfläche 38 frei, welche in dieser Anmeldung als die Verbraucherdruck- Steuerfläche bezeichnet wird. Steuerbund 31 begrenzt mit dieser Stirnfläche die Verbraucherkammer 33 in Richtung auf die Sperrposition des Sperrventilkolbens. Kolbenbund 32 begrenzt die Verbraucherkammer 33 radial nach innen und schließt sie im übrigen gegen das Ende des Ventilgehäuses ab. Das Ventilgehäuse bildet an den von der Sperrposition abgewandten Ende eine Ausgleichskammer 34, welche über den Zentralkanal 26 und die Durchlassbohrung 25 mit der Einlasskammer 24 verbunden ist. Der Sperrventilkolben 19 besitzt weiterhin zwischen dem Sitzkörper 23 und dem Steuerbund 31 zunächst den Kolbenbund 35, und sodann den im Druchmesser größeren Kolbenbund 40. Der Kolbenbund 35 überdeckt die im Ventilgehäuse 18 gebildete Ventilkammer 41, welche als Mitteldruckkammer dient und über Leitung 36 ständig an dem Mitteldruck P 1 anliegt. Die Mitteldruckkammer 41 wird zu dem Kolbenbund 40 hin durch dessen Stirnfläche 28 begrenzt, welche gegenüber dem Kolbenbund 35 eine Ringfläche bildet, auf weiche der ständig anliegende Mitteldruck P 1 in dem Sinne einwirkt, dass eine Kraft in Richtung der Durchflussposition des Sperrventilkobens 19 ausgeübt wird. Auf seiner anderen Stirnseite bildet der Kolbenbund 40 gegenüber dem Steuerbund 31 eine Ringfläche 29, welche über Hochdruckanschluss 9 dem Hochdruck in der als Hochdruckkammer dienenden Ventilkammer 37 ausgesetzt ist, sofern der Hochdruckanschluss 9 über Hochdruckschaltventil 14 mit Hochdruck PO2 beaufschlagt ist. Der Hochdruck wirkt auf die Hochdrucksteuerfläche 29 im Sinne einer Kraft ein, welche den Sperrventilkolben 19 in seine Sperrstellung verschiebt. Bei dieser Ausgestaltung nach Figur 2 erfolgt die Vorsteuerung des Sperrventilkolbens 19 in folgender Weise: An dem mittlerem Kolbenbund 40 mit vergrößertem Durchmesser werden gegenüber den benachbarten Kolbenbunden 35 und 31 die Ringflächen 28 und 29 gebildet. Die Ringfläche 28 und der Kolbenbund 35 bilden mit dem Ventilgehäuse 18 eine Ventilkammer 34, Mitteldruckventil- Kammer, welche über eine Mitteldruckzuleitung 36 - siehe hierzu auch Figur 1 - mit dem Mitteldruck P1 ständig verbunden ist. Der Druck auf der Mitteldruck-Stirnfläche 28 wirkt auf den Sperrventilkolben 19 im Sinne einer Verstellung in die Durchflussstellung. Die an dem Kolbenbund 36 gegenüber liegende Ringfläche 29 bildet mit dem Ventilgehäuse 18 die Kammer 37, welche mit dem Hochdruckanschluss 9 verbunden ist werden kann. Wie Figur 1 zeigt, wird der Hochdruckanschluss 9 mittels Hochdruck-Schaltventil 14 und Hochdruck- Vorsteuerventil 16 mit dem Hochdruck beaufschlagt oder entlastet. An dem Steuerbund 31 wird weiterhin die Verbraucherdruck-Steuerfläche 38 gebildet, welche mit der Ringfläche 29 gleichgerichtet ist. Die Ringfläche 38 sowie der endseitige Kolbenbund 32 und das Ventilgehäuse 18 bilden die Verbraucherkammer 33, welche mit dem Verbraucheranschluss 5 - siehe hierzu Figur 1 - verbunden ist. Der Druck auf die Hochdruck-Steuerfläche 29 und diese Verbraucherdruck-Steuerfläche 38 wirkt im Sinne der Verstellung des Sperrventilkolbens 19 in seine Sperrstellung. Die Ringflächen 28 auf der einen Seite und 29 sowie 38 auf der anderen Seite sind nun so bemessen, dass der in der Mittelkammer 41 anstehende Mitteldruck und die dadurch in im Sinne der Durchflussstellung ausgeübte Kraft durch Beaufschlagung der entgegenwirkenden Ringfläche 29 mit dem Hochdruck nur überwunden und der Kolben 19 in seine Sperrstellung gedrückt wird, wenn gleichzeitig an der Ringfläche 38, d. h. im Verbraucheranschluss 5 und dem Verbraucher 1 ein bestimmter Grenzdruck herrscht. Dieser Grenzdruck kann gleich oder kleiner als der Mitteldruck sein. Er ist jedenfalls größer als der Atmosphärendruck und wird in soweit nach Belieben bei der Dimensionierung des Ventils festgelegt. Er ist so groß, dass die Schaltung des Kolbens 19 in seine Sperrstellung nur dann erfolgen wird, wenn durch die Zuschaltung des Hochdrucks auf Hochdruckanschluss 9 kein wesentlicher Volumenstrom mehr in Richtung des Verbrauchers 1 erfolgt.
Das Sperrventil nach Figur 3 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen vor allem dadurch, dass der Verbraucheranschluss 5 mit dem Sperrventilkolben 19 fluchtet. Dadurch steht der Zentralkanal 26 im Sperrventilkolben 19 in ständiger Verbindung mit dem Verbraucheranschuss 5 des Verbrauchers 1. Der Steuerbund 31 schließt auch hier in der Durchflussstellung des Kolbens 19 die Hochdruckkammer 37 mit dem Hochdruckanschluss 9 ab. Der Steuerbund 31 besitzt radiale Hochdruckbohrungen 27, welche in den Zentralkanal 26 einmünden. Diese Hochdruckbohrungen 27 verbinden in der Sperrstellung des Ventilkolbens 29 die Hochdruckventilkammer 41 mit der Zentralbohrung 26. Vor Erreichen der Sperrstellung bleiben die Hochdruckbohrungen 27 durch das Ventilgehäuse 18 verschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die dritte Vorsteuerfläche 38, auf welche der Verbraucherdruck einwirkt, im Ausgang des Ventilgehäuses 18 zu dem Verbraucheranschluss 5 von der gesamten Stirnfläche des Kolbens 19 gebildet. In diesem Falle sind die geänderten Größen der Steuerflächen 28, 29, 38 zu berücksichtigen, damit die zuvor beschriebene Funktion erhalten wird, dass der Kolben 19 in seine Sperrschaltung nur dann schaltet, wenn im Hochdruckanschluss 9 und der Hochdruckkammer der Hochdruck und in der endseitigen Verbraucherkammer der vorbestimmte Grenzdruck mindestens ansteht. Zur Funktion:
Der Verbraucher kann ohne weiteres mit dem zur Verfügung stehenden Mitteldruck betrieben werden, ohne das je eine Zuschaltung des Hochdrucks erfolgt, wenn dies nach den äußeren Betriebsbedingungen möglich ist. Jedenfalls bleibt der Sperrventilkolben 19 wegen des ständig anstehenden Mitteldruck P1 im Kanal 36 und der entsprechenden Ventilkammer stets in seiner Durchflussstellung. Andererseits kann eine fehlerhafte Zuschaltung des Hochdrucks nicht erfolgen. Dies kann z. B. von Bedeutung sein, wenn nach einem Stillstand versehentlich erst das Hochdruck-Schaltventil betätigt wird. Da in diesem Falle bereits der Mitteldruck P1 an der Leitung 36 ansteht, bleibt das Ventil in seiner Durchflussstellung, in welcher die Verbindung zwischen Hochdruckanschluss 9 und Verbraucheranschluss 5 gesperrt ist. Die Zuschaltung des Hochdrucks 9 kann vielmehr erst erfolgen, wenn entweder der Verbraucher soweit unter Last steht, dass der Verbraucherdruck größer oder gleich dem Grenzdruck ist oder wenn über Betätigung des Mitteldrucks - Steuerventil zunächst der Druckaufbau im Verbraucher so weit erfolgt ist, dass der Grenzdruck - im Zweifel kann es sich hierbei um Mitteldruck handeln - erreicht ist. Erst dann genügen die Stellkräfte an den Ringflächen 29 und 38, die Stellkraft an der Ringfläche 28 zu überwinden und den Sperrventilkolben 19 in seine Sperrstellung zu bewegen. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss 9 zu dem Verbraucheranschluss 5 über die Umlaufkante an Steuerbund 31 (Figur 2) oder die Radialbohrungen 27 im Steuerbund 31 hergestellt. Die Verbindung zwischen dem Verbraucheranschluss 5 und dem Mitteldruckanschluss 7 ist jedoch gesperrt; gleichzeitig ist die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss 9 und dem Mitteldruckanschluss 7 gesperrt.
Bezugszeichen
1 Hydraulischer Verbraucher, hydraulischer Zylinder, Zylinder-Kolbensystem, Ausbaugerät
2 Zylinder
3 Kolben
4 Stempel
5 Verbraucheranschluss
6 Sperrventil
7 Mitteldruckanschluss
8 Mitteldruck-Steueranschluss
9 Hochdruckanschluss
10 Mitteldruck-Schaltventil, 3/2 Wegeventil
11 Mitteldruckzuleitung
12 Mitteldruck-Vorsteuerventil
13 Mitteldruck-Vorsteuerleitung
14 . Hochdruck-Schaltventil, 3/2 Wegeventil
15 Hochdruck-Zuleitung
16 Hochdruck-Vorsteuerventil
17 Hochdruck-Vorsteuerleitung
18 Ventilgehäuse
19 Sperrventilkolben
20 Stirnseite, Schließseite
21 Stirnseite, Hochdruckseite
22 Sitzöffnung
23 Sitzfläche Sitzkörper
24 Einlasskammer
25 Durchlass
26 Kolbenbohrung
27 Radialbohrungen, Hochdruckbohrungen, Hochdruck-Steuerfläche
28 Ringfläche, Mitteldruck-Stirnfläche
29 Ringfläche, Hochdruck-Steuerfläche Dichtung Steuerdichtung Steuerbund 31 endseitige Kolbenbund 32 Ventilkammer Verbraucherkammer 33 Ausgleichskammer Ventilkammer 34 Kolbenbund 35 Mitteldruckzuleitung 36 Leitung 36 Ventilkammer 37, Hochdruckkammer Ringfläche 38 Verbraucherdruck-Steuerfläche Stirnfläche 38 Ventilkammer 39 Kolbenbund Mitteldruckkammer, Ventilkammer

Claims

Ansprüche:
1. Hydraulischer Verbraucher mit einer Schalt- und Sperrventilanordnung, durch welche der Verbraucheranschluss des hydraulischen Verbrauchers abwechselnd mit einem Mitteldruckanschluss oder einem Hochdruckanschluss verbindbar und bei Verbindung des Verbraucheranschlusses mit dem Hochdruckanschluß die Verbindung zu dem Mitteldruckanschluß sperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schalt- und Sperrventilanordnung bei anstehendem Mitteldruck (P1) die
Verbindung zwischen dem Schaltventil (10) des Mitteldruckanschlusses und dem
Verbraucheranschluß (5) ständig geöffnet und die Verbindung zwischen dem
Schaltventil (14) des Hochdruckanschlusses und dem Verbraucheranschluß (5) ständig gesperrt ist, und daß zusätzlich die Verbindung zwischen dem Schaltventil des
Hochdruckanschlusses und dem Verbraucheranschluß gesperrt ist, solange in dem Verbraucheranschluß (5) ein vorbestimmter hydraulischer Grenzdruck nicht erreicht ist.
2. Hydraulischer Verbraucher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- und Sperrventilanordnung ein Sperrventil (6) umfaßt, dessen Sperrventilkolben (19) beweglich ist zwischen einer Durchflußstellung, in welcher die Verbindung zwischen Mitteldruckanschluss (7) und Verbraucheranschluss (5) gegeben ist, und einer Sperrstellung, in welcher die Verbindung zwischen Verbraucheranschluß und Mitteldruckanschluß gesperrt und die Verbindung zwischen Verbraucheranschluß und Hochdruckanschluß geöffnet ist, daß der Sperrventilkolben ständig in seiner Durchflußstellung gehalten und derart hydraulisch vorgesteuert ist, daß der Sperrventilkolben nur bei Vorsteuerbelastung mit dem Hochdruck (P2) und zusätzlicher Vorsteuerbelastung mit einem vorbestimmten hydraulischen Grenzdruck des Verbraucheranschlusses (5) in seine Sperrstellung gelangt, wobei der Grenzdruck wesentlich über Atmosphärendruck liegt und vorzugsweise der Höhe des Mitteldrucks im wesentlichen entspricht.
3. Hydraulischer Verbraucher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrventilkolben über eine Standleitung (36) ständig mit dem Mitteldruck (P1) vorgesteuert und derart in seine Durchflußstellung geschaltet wird, daß der Durchfluß von dem Mitteldruckanschluß zu dem Verbraucheranschluß frei ist.
4. Hydraulischer Verbraucher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrventilkolben des Sperrventil (6) auf seinem Umfang zwei sich entgegenwirkende Differenzflächen (28, 29) besitzt, von denen die eine als Mitteldruck - Schaltfläche ständig an dem Mitteldruck derart beaufschlagt wird, dass der Sperrventilkolben in seine Durchflussposition gelangt, in welcher er die Verbindung zwischen dem Mitteldruck - Anschluß und dem Verbraucheranschluß ständig freigibt, und von denen die andere als entgegenwirkende Hochdruck - Schaltfläche (29) durch das Hochdruck - Schaltventil mit dem Hochdruck beaufschlagt wird und daß der Sperrventilkolben ferner eine Verbraucherdruckschaltfläche (38) besitzt, aufweiche der Verbraucherdruck einwirkt, wobei Verbraucherdruckschaltfläche und Hochdruckschaltfläche gleichwirkend und so bemessen sind, daß sie zur Schaltung des Sperrventilkolbens in seine (den Hochdruckanschluß mit dem Verbraucheranschluß verbindende und den Mitteldruck - Anschluß schließende) Sperrposition unter Überwindung des Mitteldrucks an der Mitteldruck - Schaltfläche nur ausreichen, wenn an der Verbraucherdruckschaltfläche mindestens der vorbestimmte Grenzdruck anliegt.
5. Hydraulischer Verbraucher nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrventilkolben zylindrisch ausgebildet ist und mit seinen beiden
Stirnflächen in der Sperrventilkammer (18) liegt, daß die eine Stirnfläche (23) in der Schließposition des Sperrventilkolbens, die Ventilkammer (24) gegenüber dem Mitteldruck -Anschluß als Sitzkolben verschließt, und daß die andere Stirnfläche (38) als Verbraucherdruckschaltfläche dem Druck im Verbraucheranschluß ausgesetzt ist.
6. Hydraulischer Verbraucher nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Schalt- und Sperrventilanordnung ein Mitteldruck - Schaltventil zum Anschluß des Verbrauchers an die Mitteldruckzuleitung und ein Hochdruck - Schaltventil zum Anschluß des Verbrauchers an die Hochdruckzuleitung umfaßt.
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