CH658102A5 - Hydraulic safety brake valve, in particular for hydraulic motors and hydraulic cylinder/piston units - Google Patents

Description

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Sicherheitsbremsventil für hydraulische, unter Vorlast stehende Verbraucher bereitzustellen, welches ohne zusätzlichen Steuerungsaufwand, insbesondere ohne zusätzliche Leitungen zum einen den Sicherheitsanforderungen genügt, wie sie oben skizziert sind, zum anderen aber das Fahr- und Druckverhalten des Verbrauchers nicht in einer für den Betrieb spürbaren Weise beeinträchtigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 definierte Erfindung gelöst. Durch diese Lösung wird eine von der Strömungsmenge nach einem vorgegebenen Gesetz abhängige, vorzugsweise linear abhängige Druckdifferenz erzeugt.

Diesem Sicherheitsbremsventil liegt das Prinzip zugrunde, dass für die Senkbewegung des Verbrauchers die Strömungsmenge in der Senkleitung, welche in diesem Zustand den Pumpenölstrom führt, gemessen und der Messwert zur Steuerung der Öffnung eines Drosselventils benutzt wird, welches in die Hubleitung eingeschaltet ist, welche Hubleitung in dem Betriebszustand des Senkens den Rückölstrom vom Verbraucher zum Tank führt.

Durch diese Steuerung des Rückölstroms in Abhängigkeit vom Pumpenölstrom wird die Senkbewegung des Verbrauchers unabhängig von im Falle des Rohrbruchs entstehenden Druckverlusten in der Hubleitung, welche in diesem Betriebszustand den Rückölstrom führt. Bevorzugt wird sogar vorgesehen, dass die Hubleitung im Betriebsfalle des Absenkens im wesentlichen drucklos geschaltet wird, so dass es bei Rohrbruch nicht zu einer Vergrösserung der Druckdifferenz an dem Drosselventil und damit auch nicht zu einer Vergrösserung des Rückölstroms kommt.

Als Strömungsmesser in der den Pumpenölstrom führenden Senkleitung kann im einfachsten Fall eine starre Blende benutzt werden, deren Druckdifferenz — notwendigenfalls nach einer Verstärkung — zur Steuerung des Drosselventils in der Hubleitung verwandt wird. Der Nachteil einer starren Blende liegt jedoch darin, dass eine quadratische Abhängigkeit zwischen der Strömungsgeschwindigkeit und der Druckdifferenz besteht. Es sind auch Strömungsmesser nach anderen Funktionsprinzipien und mit anderen als hydraulischen Ausgangssignalen denkbar.

Der Drosselkolben des Drosselventils wird vorzugsweise hydraulisch gesteuert. Hierzu kann der Drosselkolben in Schliessrichtung mit einer Feder und dem Ablaufdruck des Strömungsmessers und in Öffnungsrichtung mit dem Zulaufdruck des Strömungsmessers beaufschlagt sein. Hierdurch nimmt der Drosselkolben in der Hubleitung, welche den Rückölstrom führt, eine Gleichgewichtsposition ein, die von der Strömungsmenge in der den Pumpenölstrom führenden Senkleitung abhängig ist. Im Hubbetrieb, d.h. wenn die Hubleitung den Pumpenölstrom führt, schliesst der Drosselkolben.

Durch die Ausbildung des Drosselbereichs des Differenzdruckventils lässt sich eine vorgegebene erwünschte Abhängigkeit zwischen der erzeugten Druckdifferenz (Zulaufdruck minus Ablaufdruck) und der Strömungsmenge erzielen. Die Öffnung des Drosselkolbens des Druckdifferenzventils kann durch einen einstellbaren Anschlagstift begrenzt werden. Weiterhin ist es möglich und bevorzugt, dass die Federn, welche auf die Drosselkolben des Differenzdruckventils einerseits und des Drosselventils andererseits einwirken, in ihrer Vorspannung einstellbar sind. Dadurch lässt sich das Druckverhalten und Strömungsverhalten des Differenzdruckventils und des Drosselventils aufeinander abstimmen.

Ein Überdruck in der den Rückölstrom führenden Hubleitung, der insbesondere durch schlagartige Belastungen oder zu plötzliche Steuermanöver auftreten kann, wird durch ein Sekundärdruckbegrenzungsventil in der Hubleitung zwischen Verbraucher und Drosselventil vermieden.

Ein Nachsaugventil, welches die Senkleitung zwischen Verbraucher und Differenzdruckventil mit dem Tank verbindet, gewährleistet, dass bei zu schnellen Absenkbewegun5

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gen der Ölstrom auf der Senkseite des Verbrauchers nicht abreisst.

Es wurde bereits erwähnt, dass die Hubleitung zwischen dem Steuerventil und dem Drosselventil drucklos geschaltet sein sollte. Obwohl hierzu verschiedene Massnahmen vorstellbar sind, wird als bevorzugt vorgeschlagen, dass diese Drucklosschaltung mit Hilfe des Sicherheitsbremsventils erfolgt. Hierzu weist der Drosselkolben entweder des Drosselventils oder des Differenzdruckventils eine Steuerkante auf, welche die Hubleitung in Abhängigkeit von der Stellung des Drosselkolbens mit dem Tank verbindet.

Eine andere Ausführungsart, die sich dadurch auszeichnet, dass sie in vorhandene Steuerventile integriert ist, weist eine 3-Wege-Weiche auf, die in die Hubleitung eingeschaltet ist und die Verbindung von dem Steuerventil zu dem Drosselventil nur freigibt, wenn am Ausgang des Steuerventils ein Druck ansteht. In ihrer Nullstellung verbindet diese 3-Wege-Weiche das Drosselventil mit dem Tank.

Bevorzugt ist das den Hubbetrieb absichernde Rückschlagventil in dem Drosselkolben des Drosselventils angeordnet. Ebenso ist in der Senkleitung ein Rückschlagventil vorgesehen, welches vorzugsweise ebenfalls in dem Drosselkolben des Druckdifferenzventils angeordnet sein kann.

Eine weitere Ausgestaltung besteht in der im wesentlichen identischen Konstruktion für das Differenzdruckventil und das Drosselventil. Neben fertigungstechnischen Vorteilen ergibt sich daraus auch, dass beide Ventile in ihrer Funktion umschaltbar sind, wenn sich die Vorlastrichtung des Verbrauchers umkehrt. Dies trifft insbesondere bei solchen Verbrauchern zu, welche bei ihrer Bewegung eine Totpunktlage durchfahren. Dies ist z. B. bei den Auslegern von Baggern der Fall, die eine senkrechte Stellung durchfahren. Ein umschaltbares Sicherheitsbremsventil ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselkolben der beiden Sicherheitsbremsventilteile (Drosselventil, Differenzdruckventil) mit dem Druck der Steuerleitüng beaufschlagt werden, welche den Pumpenölstrom zu dem Sicherheitsbremsventil führt. Die Federseiten der Drosselkolben werden dagegen mit dem niedrigeren der Drücke in den Leitungen beaufschlagt, welche Leitungen das Sicherheitsbremsventil mit dem Verbraucher verbinden. Hierzu dient vorzugsweise zum einen ein Wechselventil, zum anderen ein 3/2-Wegeventil, dessen beide Schaltstellungen durch den Druck in den beiden Verbindungsleitungen zwischen dem Sicherheitsbremsventil und dem Verbraucher so vorgesteuert sind, dass der niedrigere Druck auf die Federseite der Drosselkolben gegeben wird.

Von besonderem Vorteil bei der Ausführung des Drosselventils ist auch, wenn der Kolben des Drosselventils infolge der Strömungskraft in Abhängigkeit von der Durchflussmenge selbsttätig schliesst. Das bedeutet zum einen, dass die Feder des Drosselventils verhältnismässig schwach ausgelegt werden kann. Es bedeutet zum anderen, dass bei starken Leckagen sich eine verstärkte Rückstellkraft des Drosselkolbens im Schliesssinne ergibt. Die Axialkraft, welche auf den Drosselkolben wirkt, ist nämlich gleich

F = K YdP • Q •

Die Feder hat eine Vorspannung von 3 bis 10 bar.

Neben der bisher geschilderten hydraulischen Verbindung zwischen dem Drosselkolben des Differenzdruckventils und dem Drosselkolben des Drosselventils ist auch eine mechanische Verbindung möglich, die gewährleistet, dass die beiden Drosselkolben gleichsinnige Bewegungen im Öffnungssinne und Schliesssinne ausführen. Eine derartige mechanische Verbindung kann vorzugsweise dadurch hergestellt werden, dass die beiden Drosselkolben Bestandteile desselben Steuerkolbens sind, welcher in einem Zylinder axial beweglich ist und auf seiner einen federbelasteten Seite mit dem Ablaufdruck des Pumpenölstroms aus dem Sicherheitsbremsventil und auf der anderen Stirnseite mit dem Zulaufdruck des Pumpenölstroms zu dem Sicherheitsbremsventil belastet ist. In diesem Falle ist ein Drosselbereich des Steuerkolbens in die Senkleitung und der andere Drosselbereich in die Hubleitung eingeschaltet. Eine weitere Steuerkante kann vorgesehen sein, durch welche die Hubleitung bei Öffnung der Drosselstellen mit dem Tank verbunden wird.

Bei der hydraulischen Verbindung der beiden Drosselkolben können diese parallel zueinander in einem gemeinsamen oder in zwei getrennten Gehäusen angeordnet sein. Ebenso ist es aber auch möglich, die beiden Drosselkolben fluchtend hintereinander in einem Zylinder anzuordnen, so dass sich die mit dem Zulaufdruck des Pumpenölstromes beaufschlagten Stirnflächen in demselben Zylinderraum gegenüber liegen. In diesem Falle wird die Axialbewegung der Drosselkolben in Richtung zueinander durch Anschläge begrenzt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ventilteile des Sicherheitsbremsventils achsparallel zueinander angeordnet und beweglich sind;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Teile des Sicherheitsbremsventils fluchtend in einem Zylinder angeordnet sind;

Fig. 3 wie Fig. 2, jedoch mit druckloser Rücklaufleitung;

Fig. 4 eine 3-Wege-Weiche für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ventilteile des Sicherheitsbremsventils mechanisch gekoppelt sind;

Fig. 6 das Ausführungsbeispiel einer Schaltung für Betrieb mit Vorlastwechsel;

Fig. 7 das Ausführungsbeispiel eines Umschaltventils.

Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt — teilweise schematisch — die Anordnung des Sicherheitsbremsventils 1 in einer hydraulischen Steuerung zur Betätigung eines doppelt wirkenden Verbrauchers 2. Der Verbraucher 2 ist hier als hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit ausgeführt, wie sie z.B. zur Betätigung von Baggern, Kranen, Aufzügen etc. Anwendung findet. Der Kolben dieser Einheit steht unter einer Vorlast. Der Pfeil 26 zeigt die Richtung der Absenkbewegung und die Wirkungsrichtung der Vorlast an. Eine Hydraulikpumpe 3 fördert Hydraulikflüssigkeit in ein 4/3-Wege-Steuerventil 4. In dessen Mittelstellung kann der Förderstrom der Pumpe 3 drucklos zum Tank abfliessen. Durch Betätigung des 4/3-Wegeventils 4 kann der Verbraucher 2 in die gewünschte Richtung mit einer beliebigen Geschwindigkeit gesteuert werden. Zum Heben, d.h. zur Bewegung des Kolbens gegen die Wirkungsrichtung 26 der Vorlast wird der Verbraucher 2 mit seiner Hubseite 27 über die Hubleitung 5 und den Hubleitungsanschluss 6 mit der Pumpe 3 verbunden. Hierbei ist das Steuerventil 4 so geschaltet, dass der Ölstrom von der Senkseite 28 des Verbrauchers 2 möglichst drucklos zum Tank 29 abfliessen kann. Zum Absenken der Vorlast mit der Absenkbewegung 26 wird das Steuerventil 4 so umgeschaltet, dass der Ölstrom von der Pumpe 3 über die Senkleitung 15 und den Senkleitungsan-schluss 14 mit der Senkseite 28 des Verbrauchers verbunden wird. Hierbei fliesst das Öl von der Hubseite 27 über Anschluss 6 und Hubleitung 5 in den Tank 29 zurück.

In der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird davon ausgegangen, dass der als doppelt wirkender Zylinder dargestellte

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Verbraucher 2 durch die Vorlast in der einen dargestellten Richtung 26 belastet wird, welche die Kolbenstange in den Zylinder hineindrücken würde, wenn sich der Kolben nicht auf der Flüssigkeitssäule auf der Hubseite 27 abstützen könnte.

Das Sicherheitsbremsventil 1 dient dem Zweck, die Hub-und die Senkbewegung im Falle eines Rohrbruchs unter Kontrolle zu halten. Hierauf wird später im einzelnen eingegangen. Hervorgehoben werden soll jedoch, dass Gegenstand der Erfindung vor allem die Sicherung der Absenkbewegung ist, bei welcher das Steuerventil 4 in der rechten Schaltstellung die Pumpe 3 mit der Absenkseite 28 des Verbrauchers über die Senkleitung 15 und den Senkleitungsan-schluss 14 und die Hubseite 27 des Verbrauchers 2 über den Anschluss 6 und die Hubleitung 5 mit dem Tank 29 verbindet.

Ein Bruch der Leitung 5 zwischen dem Verbraucher 2 und dem Steuerventil 4 hätte infolge der Vorlast ein unkontrolliertes Einfahren der Kolbenstange in den Zylinder und somit eine unkontrollierte Bewegung der Vorlast zur Folge, wenn kein Sicherheitsbremsventil 1 angebracht wäre. Hervorzuheben ist, dass das Sicherheitsbremsventil 1 so mit dem Verbraucher 2 verbunden ist, dass im Anschluss 6 oder 14 kein Bruch auftreten kann. Hierzu kann das Sicherheitsbremsventil z. B. an den Verbraucher 2 angeflanscht oder starr mit ihm verbunden sein.

Das Sicherheitsbremsventil 1 besteht aus einem Drosselventil 7 mit Drosselventilkolben (Drosselkolben) 30 und dem als Differenzdruckventil 48 ausgebildeten Strömungsmesser 50, auf dessen Ausführung später eingegangen wird. Zunächst sei hier die Ausbildung des Drosselventils 7 beschrieben.

Das Drosselventil 7 weist einen in einem Zylinder beweglichen Drosselkolben 30 mit Steuerkante 31 und konischem Drosselbereich 32 auf. Über die Anschlüsse 33 und 34 ist das Drosselventilgehäuse 16 mit der Hubleitung 5 und dem Hub-leitungsanschluss 6 verbunden. Innerhalb des Drosselkolbens 30 liegt im Bypass 35 zu der Steuerkante 31, welche über Bohrungen 36,37 die Anschlüsse 33,34 unter Umgehung der Steuerkante 31 überbrückt, das Rückschlagventil 8, das bei Durchflussrichtung von Hubleitung 5 nach Anschluss 6, also beim Heben des Verbrauchers öffnet.

Der Durchlass zwischen den Anschlüssen 33 und 34 bei der Steuerkante 31 ist sowohl bei Stillstand des Verbrauchers 2 als auch während der Hubbewegung des Verbrauchers geschlossen. Während der Hubbewegung wird die Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe 3 über die Hubleitung 5 und den Bypass 35 mit Rückschlagventil 8 über Anschluss 6 zum Verbraucher auf dessen Hubseite 27 durchgelassen. Ein Bruch der Leitung 5 mit darauffolgendem Druckabfall in derselben führt zu einem sofortigen Schliessen des Rückschlagventils 8. Der Drosselkolben 30 bleibt in jedem Falle durch die Druckfeder 9 in seiner Schliessstellung. Falls ein leckagefreier Fluss erwünscht ist, kann der Drosselkolben 30 mit einem Bund 38 und das Ventilgehäuse 16 mit einem Sitz 39 ausgestattet sein.

Zur Sicherung der Senkbewegung wird der Drosselkolben 40 in Abhängigkeit von der Durchflussmenge, welche mittels des Strömungsmessers 50 zwischen der Senkleitung 15 und dem Senkleitungsanschluss 14 gemessen wird, gesteuert. Als Strömungsmesser 50 lassen sich die verschiedensten Geräte mit den verschiedensten Ausgangssignalen benutzen. Um eine Wandlung des Ausgangssignals des Strömungsmessers 50 zu vermeiden, ist für den Drosselkolben 40 in vorteilhafter und erfindungsgemässer Weise eine hydraulische Steuerung vorgesehen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Strömungsmesser 50 als Differenzdruckventil 48 ausgeführt.

Das Differenzdruckventil weist den als Drosselkolben aufgeführten Kolben 40 auf, welcher eine Steuerkante 41 und einen konischen Drosselbereich 42 besitzt und über die Anschlüsse 43,44 die Senkleitung 15 mit dem Senkleitungsan-5 schluss 14 bei entsprechender Position der Steuerkante 41 verbindet. Durch Druckfeder 17 wird der Kolben 40 in seine Schliessstellung gedrückt. In dieser Schliessstellung erfolgt ein Ölfluss von der Senkseite 28 über den Anschluss 14 zur Senkleitung 15 und in den Tank 29 über den zwischen den io Bohrungen 46 und 47 liegenden Bypass 45 und das darin befindliche und bei dieser Strömungsrichtung geöffnete Rückschlagventil 13.

Der Kolben 40 des Differenzdruckventils 48 wird hydraulisch gesteuert, indem der Eingangsdruck in der Senklei-15 tung 15 bzw. Anschluss 43 über Leitung 19 auf eine Stirnfläche 49 und der Ausgangsdruck des Differenzdruckventils 48 in Anschluss 44 über Steuerleitung 23 gemeinsam mit der Vorspannkraft der Druckfeder 17 auf die andere Stirnfläche gegeben wird.

20 Soll nun die Kolbenstange des Zylinders eingefahren, die Last also im Bewegungssinne 26 gesenkt werden, so wird durch das Steuerventil 4 die Pumpe 3 mit der Senkleitung 15 verbunden, während die Leitung 5 mit dem Tank 29 in Verbindung steht. Der Drosselkolben 40 des Differenzdruckven-25 tils 48 wird durch die Druckfeder 17 gegen den Anschlag 18 in Schliessstellung gehalten, wenn keine Strömung von der Leitung 15 zum Senkleitungsanschluss 14 erfolgt. Bei entsprechender Öffnung des Steuerventils 4 ergibt die Strömung jedoch eine Druckdifferenz zwischen Senkleitung 15 mit An-30 schluss 43 und Anschluss 44 bzw. Senkleitungsanschluss 14, da nur durch diese Druckdifferenz eine Durchflussöffnung für die Strömung an der Steuerkante 41 zustandekommt.

Erfindungsgemäss wird dieser Differenzdruck zur Steuerung des Drosselventils 7 verwandt, indem der Druck in der 35 Senkleitung 15 über die Steuerleitung 19 auf die eine Stirnfläche 51 des Drosselkolbens 30 und der niedrigere Druck in dem Anschluss 44 bzw. dem Senkleitungsanschluss 14 über Steuerleitung 23 gemeinsam mit der Vorspannkraft der Druckfeder 9 auf die andere Stirnfläche 11 des Drosselkol-40 bens 30 wirkt. Hierdurch wird die Öffnung an der Steuerkante 31 des Drosselkolbens 30 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz im Differenzdruckventil 48 und damit in Abhängigkeit von der Strömungsmenge im Öffnungssinne gesteuert. Mit steigender Strömung vergrössert sich selbsttätig 45 die Durchflussöffnung am Konus 21 des Drosselbereichs 42 des Kolbens 40 des Differenzdruckventils 48, so dass sich die Druckdifferenz proportional mit der Strömung erhöht und dadurch auch die Durchflussöffnung am Drosselkolben 30 des Drosselventils 7 proportional zu dieser Druckdifferenz so geöffnet wird.

Durch die Kraft der Feder 17 und den Querschnittsverlauf am Konus 21 im Drosselbereich 42 kann der Zusammenhang zwischen dem Differenzdruck und dem Durchflussstrom beliebig beeinflusst werden. Der statische Druck 55 des Systems hat keinen Einfluss auf die Stellung des Kolbens 40 des Differenzdruckventils 48, da dessen Stirnflächen beidseitig die gleiche Grösse haben.

Durch die Steuerleitungen 23 und 19 wirkt der Differenzdruck im Öffnungssinne auf den Drosselkolben 30 des Dros-60 selventils 7 und verschiebt diesen gegen die Kraft der Feder 9. Weil auch an diesem Drosselkolben 30 der statische Überdruck keine Wirkung hat (gleiche Stirnflächen), ist der Öffnungsquerschnitt am Konus 25 im Drosselbereich 32 des Drosselkolbens 30 nur durch die Strömung von Senkleitung 65 15 zum Senkleitungsanschluss 14 steuerbar. Hiermit ist eine präzise Einfahrbewegung der Kolbenstange des Zylinders durch Betätigung des Steuerventils 4 im Zulauf zum Verbraucher 2 möglich. Die maximale Öffnung der Kolben 30

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und 40 kann durch die Anschläge 52 und 53, die vorzugsweise als Anschlagschrauben ausgebildet sind, eingestellt werden. Es kann ferner in hier nicht dargestellter Weise vorgesehen werden, dass die Vorspannungen der Druckfedern 9 und 17 derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Strömungsquerschnitt an der Steuerkante 31 der Durchflussmenge an der Steuerkante 41 angepasst ist.

Bei einem Bruch der Leitung 5 während der so gesteuerten Senkbewegung der Kolbenstange in Richtung des Pfeils 26 bleibt die eingesteuerte Einfahrgeschwindigkeit konstant und die Last kann durch die Bedienungsperson unter Kontrolle gehalten werden. Dies setzt jedoch voraus, dass der Drosselquerschnitt im Konus 25 im Steuerbereich 32 des Drosselkolbens 30 wesentlich kleiner ist als der Drosselquerschnitt am Steuerventil 4 zwischen der Leitung 5 und dem Tank 29, damit bei Bruch der Leitung 5 keine grosse Druckänderung in dieser erfolgt und sich somit das Druckgefälle vom Anschluss 6 zur Hubleitung 5 nur unwesentlich erhöht. Dies bedeutet, dass die Steuerung der Einfahrgeschwindigkeit der Kolbenstange im wesentlichen durch den Konus 25 im Drosselbereich 32 erfolgt und nicht durch den Rücklauf-queschnitt am Steuerventil 4, was durch entsprechende Auslegung der Steuerkanten erreicht werden kann. Wird diese Anleitung nicht oder nur teilweise eingehalten, so hat dies nicht etwa die Funktionslosigkeit des Sicherheitsbremsventils zur Folge. Es tritt vielmehr in diesem Falle bei Bruch der Hubleitung 5 zwar ein vergrössertes Druckgefälle an der Steuerkante 31 des Drosselkolbens 30 und damit eine stärkere Strömung auf. Dies hat eine Erhöhung der Absenkgeschwindigkeit in Bewegungsrichtung 26 zur Folge. Diese erhöhte Absenkgeschwindigkeit gerät jedoch nicht ausser Kontrolle, sondern bleibt steuerbar, wobei die Erfindung insbesondere den Vorteil mitbringt, dass bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit an der Steuerkante 31 auch erhöhte Axialkräfte auf den Drosselkolben 30 im Schliesssinne wirken und die Strömung infolge des hieraus resultierenden Selbstregeleffektes drosseln. Aus diesem Grunde kann die Feder 9 verhältnismässig schwach ausgelegt werden, was nur geringe Energieverluste zur Folge hat. Die Feder 9 mag beispielsweise einen Druck von 3 bis 10 bar ausüben. Im übrigen bleibt auch bei entstehendem grösseren Druckgefalle der Drosselkolben 30 von dem Strömungsmesser 50 aus gesteuert.

Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 dargestellt ist, in besonders funktionsgerechter Weise vorgesehen werden kann, dass die Hubleitung 5 bei der Absenkbewegung drucklos ist. Hierauf wird später eingegangen.

Eine weitere Einrichtung, durch die die Hubleitung 5 bei der Absenkbewegung drucklos geschaltet werden kann, ist in Fig. 4 dargestellt. Es handelt sich um eine 3-Wege-Weiche 90, die in die Hubleitung 5 zwischen den Ausgang des Steuerventils 4 und den Anschluss 33 des Drosselventils 7 geschaltet wird. Diese 3-Wege-Weiche 90 wird zum einen durch eine Konstantkraft P und den Druck am Anschluss 33 in ihrer ersten Stellung so geschaltet, dass der Anschluss 33 mit dem Tank 29 verbunden ist und zum anderen durch den Druck am Ausgang des Steuerventils 4 in ihrer zweiten Stellung so geschaltet, dass der Ausgang des Steuerventils 4 mit dem Anschluss 33 verbunden ist.

Erwähnt sei, dass eine derartige 3-Wege-Weiche 90 an die Stelle des in einem Steuerventil 4 üblicherweise vorgesehenen Sekundärüberdruckventils treten kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Verbraucher 2 wiederum durch ein Steuerventil 4 über ein Sicherheitsbremsventil 1 gesteuert. Dieses Sicherheitsbremsventil 1 besteht aus dem Drosselventil 7 und dem Strömungsmesser 50, welcher wiederum als Differenzdruckventil

48 ausgeführt ist. Die Besonderheit dieser Ausführung besteht darin, dass der Drosselkolben 30 des Drosselventils 7 und der Drosselkolben 40 des Differenzdruckventils 48 koaxial in einem Zylinder derart angeordnet und geführt sind, dass ihre jeweils mit dem Zulaufdruck der Senkleitung 15 beaufschlagten Stirnflächen 49, 51 sich gegenüber liegen, wobei diese Stirnflächen gegen die Anschläge 10 und 18 anliegen. Zur Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels kann im übrigen auf Fig. 1 Bezug genommen werden, wobei zu erwähnen bleibt, dass auch die 3-Wege-Weiche 90 nach Fig. 4 bzw. die zusätzlichen Massnahmen nach Fig. 3 hier anwendbar sind.

Zu erwähnen ist zum einen noch das Sekundärüberdruckventil 54 welches — wie auch in Fig. 1 dargestellt — sich am Hubleitungsanschluss 6 zwischen der Hubseite 27 des Verbrauchers 2 und dem Anschluss 34 des Drosselventils 7 des Sicherheitsbremsventils 1 befindet und beim Überschreiten eines durch Sicherheitsaspekte vorgegebenen Drucks einen Bypass zum Tank 29 freigibt. Darüberhinaus ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 55 ein Nachsaugventil bezeichnet. Dieses ist als Rückschlagventil mit Durchfluss vom Tank 29 zu der Senkseite 28 des Verbrauchers ausgebildet. Dieses Nachsaugventil 55 dient dem Zweck, eine zusätzliche Ölzufuhr freizugeben, wenn infolge einer zu grossen Absenkgeschwindigkeit die Drosselquerschnitte in dem Steuerventil 4 und Durchströmungsmesser 50 keine ausreichende Durchflussmenge zulassen.

Zu den Drosselbereichen 32 und 42 des Differenzdruckventils 48 und des Drosselventils 7 sei bemerkt, dass diese in den Ausführungsbeispielen als Konen 21 bzw. 25 dargestellt sind. Es kann sich hier jedoch auch um Schlitze, Nuten oder jede andere Ausführung der Drosselbereiche handeln, die eine Erweiterung des Drosselquerschnitts bei einer Axialbewegung der Drosselkolben 30,40 nach einer bestimmten, vorgegebenen Gesetzmässigkeit bereitstellt. Vorzugsweise sollte zwischen der Axialbewegung der Kolben 30,40 und der Änderung des Öffnungsquerschnitts Proportionalität bestehen.

In Fig. 3 ist wiederum ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das im wesentlichen mit dem in Fig. 2 gezeigten identisch ist. Es wird daher auf die dortige Beschreibung Bezug genommen. Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass — wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 1 angekündigt — eine besondere Massnahme vorgesehen ist, um die Hubleitung 5 zwischen dem Ausgang des Steuerventils 4 und dem Anschluss 33 des Drosselventils 7 drucklos zu schalten. Hierzu weist die Hubleitung 5 eine Ableitung 56 zum Tank 29 auf, welche durch eine Steuerkante 57 des Drosselkolbens 30 gesteuert wird. Die Überdeckung an der Steuerkante 57 und die Überdeckung an der Steuerkante 31 des Steuerkolbens 30 sind so gewählt, dass der Drosselkolben 30 an der Steuerkante 31 zunächst um ein bestimmtes vorgegebenes Stück öffnet, bevor auch die Ableitung 56 zum Tank 29 an der Steuerkante 57 geöffnet wird.

Zu erwähnen ist, dass diese Drucklossteuerung der Hubleitung 5 in derselben Form auch durch den Drosselkolben 40 des Differenzdruckventils 48 erfolgen kann, da erfin-dungsgemäss beide zueinander proportionale Bewegungen ausführen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besteht die Besonderheit, dass die Drosselkolben 30 und 40 des Drosselventils 7 und des Differenzdruckventils 48 mechanisch miteinander gekoppelt und demgemäss als Steuerkolben 58 ausgeführt sind. Dieser Steuerkolben 58 wird durch die gemeinsame Feder 59 mit den Steuerkanten 31,57 und 41 in Schliessstellung gedrückt. Der Steuerkolben 58 wird an seiner Stirnfläche 60 mit dem Eingangsdruck der Senkleitung 15 beaufschlagt. Bei Öffnung des Durchflussquerschnitts durch die Steuerkante 41 wird die Federseite 61 des Steuer-

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kolbens 58 über die Leitung 62 mit dem Ausgangsdruck des Differenzdruckventils 48 im Anschluss 44 beaufschlagt, wobei der Drosselbereich 42 wiederum so ausgebildet ist, dass der Differenzdruck nach einer vorbestimmten Gesetzmässigkeit, vorzugsweise proportional zur Öffnungsbewegung des Kolbens 40 zunimmt.

Der Ölabfluss des Verbrauchers 2 auf der Hubseite 27 über Anschluss 34 und Anschluss 33 des Drosselventils 7 sowie durch die Hubleitung 5 wird demgemäss in Abhängigkeit von dem Differenzdruck an dem Differenzdruckventil 48 gesteuert, wobei die Überdeckung an der Steuerkante 31 sowie die Ausbildung des Drosselbereichs 32 als weitere Ein-flussgrössen dienen können.

Zu bemerken ist, dass auch hier eine Steuerkante 57 an dem Kolben 58 vorgesehen ist, welche dem Zweck dient, die Hubleitung 5 zwischen dem Auslass des Steuerventils 4 und dem Anschluss 33 des Drosselventils 7 bei der Abwärtsbewegung 26 des Verbrauchers 2 drucklos zu steuern.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass das Rückschlagventil 13 des Differenzdruckventils 48 — anders als in den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen — nicht im Kolben 40 liegt. Es ist vielmehr parallel zum Zylinder des Drosselkolbens 40 eine Leitung vorgesehen, welche den Anschluss 44 des Differenzdruckventils 48 mit dem Anschluss 43 verbindet. Eine Besonderheit des erfmdungsgemässen Sicherheitsbremsventils 1 besteht darin, dass seine Teile, nämlich der Strömungsmesser 50 und das Drosselventil 7 identisch ausgeführt sein können. Das erlaubt nun in vorteilhafter Weise auch den Einsatz als Sicherheitsbremsventil 1 für Verbraucher 2 mit wechselnder Vorlastrichtung 63. Ein derartiger Wechsel der Vorlastrichtung tritt in der Praxis z.B. bei solchen Verbrauchern 2 auf, die eine bestimmte Totpunktlage während des Betriebs überschreiten. Dies ist z. B. bei den Auslegern von Baggern oder Kranen der Fall, die ihre senkrechte Totpunktlage im Betrieb durchfahren können.

In Fig. 6 ist in einem Ausführungsbeispiel eine Schaltung dargestellt, die wiedergibt, in welcher Weise das erfmdungs-

gemässe Sicherheitsbremsventil 1 bei derartigen Verbrauchern 2 geschaltet sein muss.

Durch das Steuerventil 4 wird der Verbraucher 2 mit wechselnder Vorlast 63 gesteuert. In die Steuerleitungen 64 s und 65 sind die beiden Teile 66 und 67 des Senkbremsventils 1 eingebaut. Diese Teile 66 und 67 sind identisch und z.B. nach den Fig. 1, 2 bzw. 3 ausgeführt. Es sei bemerkt, dass auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 mit gewissen Abänderungen in der Schaltung für diesen Belastungsfall ein-io setzbar ist.

Die Teile 66 und 67 des Sicherheitsbremsventils 1 sind über Anschlussleitungen 68 und 69 mit den beiden Seiten des Verbrauchers 2 verbunden.

Es sei in Erinnerung gerufen, dass nach den gezeigten 15 Ausführungsbeispielen dieser Erfindung in der Steuerleitung, welche den Ölstrom zum Verbraucher 2 hinführt, ein höherer Druck herrscht. Dieser höhere Druck wird über das Wechselventil 70 auf die Stirnflächen 49 und 51 der Drosselkolben 30 und 40 der beiden Teile 66 und 67 des Sicherheits-20 bremsventils 1 über Leitung 71 mit den Abzweigungen 72 und 73 gegeben. Das Wechselventil 70 bewirkt, dass jeweils der höhere Druck zur Wirkung gelangt.

Die Federseiten (Federn 9,17) der Drosselkolben 30,40 werden durch das 3/2-Wegeventil 74 mit derjenigen der An-25 schlussleitungen 68 oder 69 verbunden, welche den geringeren Druck führt. Aus diesem Grunde wird das 3/2-Wegeven-til 74 durch den jeweils höheren Druck in die angegebene Stellung gebracht. Aus Sicherheitsgründen können — wie bereits zuvor beschrieben — die Sekundärüberdruckventile 30 54 für beide Anschlussleitungen 68 und 69 vorgesehen sein.

Das Ausführungsbeispiel eines solchen 3/2-Wegeventils 74 ist in Fig. 7 gezeigt. Die Verbindung der zu den Anschlussleitungen 68, 69 führenden Leitungen 75, 76 zu der Leitung 78 mit Abzweigungen 79 und 80 wird durch den 35 Schieber 77 gesteuert. Der Schieber 77 wiederum wird durch die Steuerleitung 81 und 82 von den Anschlüssen 75 bzw. 76 aus hydraulisch gesteuert.

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5 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

658102 PATENTANSPRÜCHE

1. Hydraulisches Sicherheitsbremsventil in den Leitungen (5,15) eines doppeltwirkenden, unter Vorlast stehenden hydraulischen Verbrauchers (2) mit Hubleitung (5), die die Pumpe (3) mit der Hubseite (27) des Verbrauchers verbindet zum Betrieb des Verbrauchers (2) gegen die Vorlast (26) und mit Senkleitung (15), die die Pumpe (3) mit der Senkseite (28) des Verbrauchers verbindet zum Betrieb des Verbrauchers mit der Vorlast, welches Sicherheitsbremsventil bei Betrieb des Verbrauchers (2) in Richtung der Vorlast (26) die Hubleitung (5) steuert, und aus einem Drosselventil (7) in der Hubleitung (5) und einem Durchflussmesser (50) in der Senkleitung (15) besteht, wobei das Drosselventil von dem Durchflussmesser bei steigender Durchflussmenge im Öffnungssinne und mit sinkender Durchflussmenge im Schliess-sinne gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,dass der Durchflussmesser (50) ein Differenzdruckventil (48) ist mit einem hydraulisch vorgesteuerten Drosselkolben (40) zur Vorsteuerung auf einer Seite (49) mit dem statischen Eingangsdruck des Differenzdruckventils (48) im Öffnungssinne und auf der anderen Seite (12) mit einer Feder (17) und dem Ausgangsdruck des Ausgangs (44) des Differenzdruckventils im Schliesssinne beaufschlagt ist.

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2. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkolben (40) des Differenzdruckventils (48) einen Drosselbereich (42) besitzt, der in Abhängigkeit von der Axialbewegung des Kolbens (40), vorzugsweise proportional zur Axialbewegung des Kolbens (40) einen zunehmenden Strömungsquerschnitt freigibt.

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die Vorlast parallel zu dem Drosselventil (7) bzw. Durchflussmesser (50) angeordnet sind.

3. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkolben (40) des Differenzdruckventils einen konischen Drosselbereich (42) besitzt.

(4) im Senkbetrieb (Pfeil 26) des Verbrauchers (2) im wesentlichen drucklos geschaltet wird.

4. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstellbarer Anschlagstift (52) zur Begrenzung der Öffnung des Differenzdruckventils (48) vorgesehen ist.

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(5) zwischen Drosselventil (7) und Steuerventil (4) mit Durchflussrichtung zum Tank (29) aufgesteuert wird.

5. Sicherheitsbremsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sekundär-druckbegrenzungsventil (54) in der Hubleitung (5) zwischen Verbraucher (2) und Drosselventil (7) eingeschaltet ist.

6. Sicherheitsbremsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nach-saugventil (55) in der Senkleitung (15) zwischen Verbraucher (2) und Differenzdruckventil (48) mit Durchlassrichtung vom Tank (29) in die Senkleitung (14) eingeschaltet ist.

7. Sicherheitsbremsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur hydraulischen Vorsteuerung des Drosselventils (7) dessen Drosselkolben (30) an einer Seite (51) im Öffnungssinne mit dem Eingangsdruck des Anschlusses (43) des Differenzventils (48) und auf der anderen Seite (11) mit einer vorzugsweise einstellbaren Feder (9) und dem Ausgangsdruck des Anschlusses (44) des Differenzdruckventils (48) im Schliesssinne beaufschlagt wird.

8. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselkolben (30 und 40) des Drosselventils (7) und des Differenzdruckventils (48) fluchtend in einem einzigen Zylinder angeordnet sind mit sich gegenüber liegenden Stirnflächen (49 und 51), die mit dem Eingangsdruck des Differenzdruckventils beaufschlagt sind.

9. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch getrennte Gehäuse für Drosselventil (7) und Differenzdruckventil (48).

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10. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (7) und Differenzdruckventil (48) in einem gemeinsamen Gehäuse mit achsparallelen Zylindern untergebracht sind.

11. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkolben (30) des Drosselventils (7) mit dem mechanisch angeführten Durchflussmesser (50) mechanisch derart gekoppelt sind, dass der mechanische Anschlag des Durchflussmessers die Öffnung des Drosselventils bewirkt.

12. Sicherheitsbremsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselkolben (30 und 40) des Drosselventils (7) und des Differenzdruckventils (48) fluchtend in einem Zylinder geführt und mechanisch gekoppelt, z.B. Bestandteile (30,40) eines Steuerkolbens (58) sind.

13. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur leckagefreien Dichtung des Drosselventils (7) im Schliesszustand das Drosselventil und dessen Drosselkolben (30) mit Sitz (38, 39) ausgestattet und gegen den Raum, der die Feder (9) aufnimmt, abgedichtet sind.

14. Sicherheitsbremsventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubleitung (5) zwischen Drosselventil (7) und einem Steuerventil

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15. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkolben (30 und 40) des Drosselventils und/oder des Differenzdruckventils mit einem Schieberventil mit Steuerkante (57) verbunden ist, durch welches bei Öffnung des Drosselventils (7) die Hubleitung

16. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine 3-Wege-Weiche, die in ihrer Ausgangsstellung die Hubleitung (5) zwischen dem Anschluss (33) des Drosselventils (7) und dem Steuerventil (4) mit dem Tank (29) und in ihrer Schaltstellung, welche durch den Druck im Hubauslass (H) des Steuerventils (4) vorgegeben ist, den Hub-auslass (H) des Steuerventils (4) mit dem der Hubleitung (5) und dem Anschluss (33) des Drosselventils (7) verbindet.

17. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zuleitungen (64, 65) des Verbrauchers Ventile (66, 67) eingeschaltet sind, die wahlweise als hydraulisch vorgesteuertes Drosselventil oder als Differenzdruckventil betreibbar sind, wozu der Drosselkolben (30 oder 40) des einen Ventils (66 oder 67) auf der einen Seite (49 bzw. 51) über ein Wechselventil (70) mit dem jeweils höheren der Drücke in den Steuerleitungen (64 oder 65) zwischen dem Steuerventil (4) und den Ventilen (66 und 67) und auf der anderen d.h. der Federseite (11 bzw. 12) mit dem geringeren der Drücke in den Anschlussleitungen (68 oder 69) zwischen den Ventilen (66 und 67) und Verbraucher (2) vorgesteuert werden.

18. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil und das Differenzdruckventil identisch ausgeführt sind.

19. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein 3/2-Wegeventil (74), dessen beide-Zulei-tungen (75,76) jeweils mit einem der Leitungsstränge (68, 69) zwischen Verbraucher (2) und Ventilen (66,67) und dessen einer Ablauf (78) mit den Federseiten (11,12) der Drosselkolben (30,40) der Ventile (66 und 67) verbunden ist und welches Wegeventil jeweils durch den Ablaufdruck des Verbrauchers (2) beidseits derart vorgesteuert ist, dass der geringere der in den Leitungen (68,69) herrschenden Drücke auf die Federseiten der Drosselkolben der Ventile gegeben wird.

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20. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (8,13) in der Hubleitung (5) und/oder Senkleitung (15) mit Durchflussrichtung zum Heben des Verbrauchers (2) gegen

21. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (8,13) in einer als Bypass (35,45) ausgebildeten Axialbohrung der Drosselkolben (30,40) des Drosselventils (7) bzw. Differenzdruckventils (48) angeordnet sind, welcher Bypass den Drosselbereich (32,42) des Drosselkolbens kurzschliesst.

22. Sicherheitsbremsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkolben (30) mit einem Vorsteuerkolben (84) fest verbunden ist, dessen Stirnfläche (51) mit dem Pumpendruck beaufschlagt wird.

23. Sicherheitsbremsventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselkolben sowohl des Drosselventils (7) als auch des Differenzdruckventils (48) mit einem Vorsteuerlcolben (83, 84) verbunden sind, deren Stirnflächen (49, 51) mit dem Pumpendruck beaufschlagt werden.

Beim Betrieb hydraulisch betätigter Verbraucher, welche unter einer Vorlast stehen, insbesondere also beim Betrieb von Baggern, Kränen, Aufzügen besteht das Problem, im Falle eines Rohrbruchs derjenigen hydraulischen Zuleitung, welche den Verbraucher gegen die Vorlast mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt (Hubleitung), zu vermeiden, dass der Verbraucher der Vorlast nachgibt. Dies ist bei Baggern, Kränen, Aufzügen eine Sicherheitsvorschrift, da ohne ein derartiges Sicherheitsbremsventil die Last im Falle eines Rohrbruchs abstützen würde. Hydraulische Verbraucher im Sinne dieser Anmeldung sind insbesondere Hydromotoren und hydraulische Zylinder-Kolben-Einheiten.

Beim Betrieb des hydraulischen Verbrauchers gegen die Vorlast, d.h. bei der Aufwärtsbewegung eines Baggers, Kranes, Aufzuges kann ein derartiges Scherheitsbremsventil im einfachsten Falle als Rückschlagventil aufgebaut sein, welches mit dem hydraulischen Verbraucher, also z. B. dem Hydraulikzylinder, in einer bruchsicheren hydraulischen Verbindung steht, z. B. Bestandteil des Zylinders ist oder an diesen Zylinder angeflanscht ist.

Bei Bewegung in Richtung der Vorlast wird der Verbraucher jedoch in Richtung der Vorlast druckbeàufschlagt, so dass das Rückschlagventil für den Rückstrom vom Verbraucher geöffnet oder umgangen werden muss. Kommt es nunmehr zu einem Bruch der Hubleitung, die bei diesem Belastungsfall den Rückölstrom vom Verbraucher zur Pumpe führt, so ist das Rückschlagventil ausser Funktion, und es müssen gesonderte hydraulische Vorkehrungen getroffen werden, um es wieder in Funktion zu setzen oder um die By-passleitung, welche das Rückschlagventil umgeht, ebenfalls zu schliessen oder in ihrer Öffnung unter Kontrolle zu halten und ein weiteres Absenken der Vorlast mit unkontrollierter Geschwindigkeit (Abstürzen der Vorlast) zu verhindern. Hierzu sind Sicherheitsbremsventile bekannt.

Die wesentlichen Nachteile bekannter Sicherheitsbremsventile lassen sich dahin zusammenfassen, dass diese Sicherheitsbremsventile auch eine Beeinträchtigung des Betriebs des Verbrauchers, insbesondere der Absenkbewegung mit sich bringen. Insbesondere ergeben sich Anfahrverzögerungen und Änderungen des Fahrverhaltens sowie insbesondere eine Abhängigkeit des Fahrverhaltens des Verbrauchers von der Höhe des statischen Drucks.