DE1650330C3 - Einrichtung zum Abbremsen eines doppeltwirkenden hydraulischen Stellantriebs am Hubende - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abbremsen eines doppeltwirkenden hydraulischen Stellantriebs am Hubende mit je einer Druckmittelleitung pro Arbeitskammer zum Zuführen bzw. Abführen von Druckmittel und mit je einem, einer Arbeitskammer zugeordneten, in Ruhestellung geschlossenen Überströmventil zum Absteuern des Druckmittelzulaul's am Hubende über eine Überströmleitung zum Druckmittel- &o rücklauf, wobei das Überströmventil von einem Stellkolben gegen die Kraft einer Feder über eine Steuerleitung von einem erhöhten Druckmitteldruck in der Auslaßkammer des Stellantriebs aufsteuerbar ist und wobei zur Steuerung des Überströmventils am Arbeitskolben des Stellantriebs angeordnete Fortsätze dienen.

Bei einer bekannten derartigen Einrichtung tauchen die Fortsätze am Ende des Hubes in zugeordnete Kammern ein und erzeugen bei ihrem Eintauchen einen Druck, der das zugeordnete Oberströmventil aufsteuert. Die Druckmittelleitung der betreffenden Arbeitskammer, durch die Druckmittel abfließt, wird dabei nicht verschlossen. Das Überströmventil dient in Verbindung mit einem Druckhalteventil dazu, den Arbeitsdruck des Druckmittels herabzusetzen. Eine derartige Einrichtung hat den Nachteil, daß die Abbremsung der Koibenbewegung nicht ruckfrei erfolgt und von geringer Wirksamkeit ist (AT-PS 2 13 677).

Es ist auch bereits bekannt, die Kolbenbewegung eines hydraulischen Stellantriebes dadurch abzubremsen, daß die jeweils als Auslaß wirkende Druckmittelleitung durch einen am Kolben befestigten Fortsatz fortschreitend verengt wird. Für Antriebe geringer Leistung ist eine solche Abbremseinrichtung ausreichend, nicht jedoch bei Antrieben für schwere Lasten mit hohen Geschwindigkeiten (US-PS 29 35 047).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abbremseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein schnelleres und ruckfreieres Abbremsen der Kolbenbewegung gegen Hubende auch bei schweren Lasten und hohen Geschwindigkeiten ergibt

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Kolbenfortsätze gegen Hubende den Abströmquerschnitt aus der mit dem Rücklauf verbundenen Arbeitskammer verengen, daß die Überströmleitungen direkt an die Arbeitskammern angeschlossen sind, daß die Steuerleitungen in jeder Arbeitskolbenstellung unmittelbar mit den Arbeitskammern verbunden sind, und daß in den Druckmittelleitungen jeweils eine Drossel angeordnet ist

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema einer ersten Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung mit einem Schwenkflügelstellantrieb,

F i g. 2 ein Schema einer abgeänderten Ausführungsform mit einem linearen Stellantrieb,

F i g. 3 die konstruktive Ausgestaltung einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt.

Die in F i g. 1 dargestellte Abbremseinrichtung umfaßt eine Druckmittelsteuervorrichtung 25, die mit einem Schwenkflügelstellantrieb 24 zusammengeschaltet ist. Letzterer umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 26, das mit Stirnplatten 27 beidseitig verschlossen ist. Durch das so gebildete Gehäuse erstreckt sich eine Welle 28, welche einen Flügelkolben 29 trägt, der dichtend an der Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 26 anliegt An dem Gehäuse ist eine Trennwand 30 befestigt, welche gegenüber der Welle 28 abgedichtet ist. Der Innenraum des Stellantriebs ist durch den Flügelkolben 28 und die Trennwand 30 in zwei Arbeitskammern 31 und 32 unterteilt. Die eine Stirnplatte 27 ist in der Nähe und zu beiden Seiten der Trennwand 30 mit Anschlüssen 49 und 50 versehen und weist ferner an zwei im Winkelabstand von diesen Anschlüssen liegenden Stellen auf unterschiedlichen Radien jeweils eine Anzahl öffnungen 34 bzw. 35 auf, welche über Druckmittelleitungen 33 bzw. 39 mit einem üblichen Richtungssteuerventil 40 verbunden sind. Dieses Ventil ist ferner mit einer Pumpe 15 sowie mit einem Druckmittelbehälter 18 verbunden.

An dem Flügelkolben 29 befindet sich eine unter Federvorspannung stehende, zwei Kolbenfortsätze bildende Platte 36, die so groß bemessen ist, daß sie die

Öffnungen 34 bzw. 35 abdecken kann.

Die Dmckmittelsteuervorrichtung umfaßt zwei druckgesteuerte Überströmventile 44 und 45, die durch Servozylinder 46 und 47 betätigbar sind und in ihrer Ruhelage geschlossen sind s

Die Servozylinder weisen jeweils eine Steuerleitung 52 auf. Die Steuerleitung 52 eines Oberströmventils ist jeweils über eine Oberströmleitung 51 mit dem Eingang des anderen Überströmventils verbunden sowie mit dem Anschluß 49, 50 der diesem Überströmventil zugeordneten Arbeitskammer 31, 32. Der Ausgang 56, 55 jedes Überströmventils ist jeweils über ein Rückschlagventil 58,57 mit der Druckmittelleitung 39, 33 der dem anderen Überströmventil 45,44 zugeordneten Arbeitskammer 32,33 verbunden. In die Druckmit- telleitungen 39,33 sind noch Drosseln 38,37 eingefügt

Der Maximaldruck der Pumpe 15 ist durch ein Überdruckventil 16 begrenzt

Wenn das Steuerventil 40 in die linke Durchflußlage bewegt wird, gelangt Druckmittel in die Arbeitskammer 32, so daß sich der Flügelkolben 29 im Gegenuhrzeigersinn zu bewegen beginnt Aus der Arbeitskammer 31 tritt über die öffnungen 34 Druckmittel aus und gelangt über das Steuerventil 40 in den Druckmittelbehälter. Die Winkelgeschwindigkeit des Flügelkolbens 29 wird durch die Drosseln 37 und 38 begrenzt Wenn die an dem Flügelkolben 29 befestigte Platte 36 die öffnungen 34 allmählich verschließt baut sich in der Arbeitskammer 31 ein Druck auf. Dieser wirkt über die Steuerleitung 52 auf den Servozylinder 47 des Überströmventils 45 und 3« öffnet dieses von einem bestimmten Druck in der Arbeitskammer 31 an. In der Offenstellung wird der Anschluß 50 der anderen Arbeitskammer 32 über das Rückschlagventil 57 und das Steuerventil 40 mit dem Druckmittelbehälter 18 verbunden. Da der Zufluß von Druckmittel in die Arbeitskammer 32 durch die Drossel 38 begrenzt wird, fällt der Druck in dieser Kammer praktisch auf Null ab, so daß an dem Flügelkolben 29 nur der Druck wirkt der sich in der Arbeitskammer 31 beim Verschließen der öffnungen 34 aufgebaut hat. Das dadurch erzeugte Drehmoment wirkt im Uhrzeigersinn und ist daher bestrebt, die Bewegung des Flügelkolbens 29 zu verzögern.

Da die ganze Anordnung symmetrisch aufgebaut ist, ergibt sich eine gleiche Wirkung, wenn die Strömungsrichtung des Druckmittels durch das Steuerventil 40 umgekehrt wird. Die Platte 36 wird dann gegen die Federkraft etwas angehoben, so daß Druckmittel verhältnismäßig schnell in die jeweilige Arbeitskammer hineinfließen kann.

F i g. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der ein linearer Arbeitszylinder 60 als Stellantrieb verwendet ist Die den Servozylindern der Überströmventile 44 und 45 zugeordneten Steuerleitungen 96 bzw. 95 münden direkt in öffnungen der Stirndeckel des Arbeitszylinders 60. In diesem bewegt sich ein Kolben 63, der den Innenraum in Arbeitskammern 88 und 99 unterteilt und der zu beiden Seiten mit kegelförmigen Fortsätzen versehen ist, die in Druckmittelmündungen 68 bzw. 69 am Ende eines Kolbenhubes eindringen können und an welche die Druckmittelleitungen 86 bzw. 92 angeschlossen sind, welche wiederum mit Drosseln 85 bzw. 65 versehen sind.

Ein weiterer Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht darin, daß die Abström'eitung 122 hs des Steuerventils 40 mit einer Drossel 124 versehen ist und daß die Steuerleitungen 96 und 95 sowie die mit diesen verbundenen Überströmleitungen 87 bzw. 97 jeweils über ein Rückschlagventil 105 bzw. 103 und ein dazu über die Leitung 116 bzw. 118 parallelgeschaltetes Überdruckventil 102 bzw. 100 über die Leitungen 117 und 120 mit dem Druckmittelbehälter 18 an einer Stelle vor der Drossel 124 verbunden sind Die Rückschlagventile 103 und 105 sperren in Richtung auf den Druckmittelbehälter 18.

Durch die Drossel 124 wird in der Abströmleitung 122 im Betrieb ein Druck von etwa 3,5 bar aufrechterhalten. Dieser Druck herrscht daher auch in den Leitungen 120 und 117. Wenn der Druck in einer der Arbeitskammern 88 oder 99 sehr klein werden sollte, fließt daher Druckmittel über die Leitung 120 und die Rückschlagventile 103 bzw. 105 in die betreffende Arbeitskammer und verhindert so das Entstehen von Kavitationsbedingungen in derselben.

Wenn das Steuerventil 40 in der in Fig.2 dargestellten Mittelstellung des Kolbens 63 plötzlich geschlossen wird, bewirken die an dem Stellantrieb angreifenden trägen Lasten 65 das Auftreten eines hohen Druckes in einer der Arbeitskammern. Bei Überschreiten eines bestimmten Druckes öffnet das betreffende Überdruckventil 100 oder 102, so daß Druckmittel in die andere Arbeitskammer fließen kann.

Fig.3 zeigt in Einzelheiten einen linearen Stellantrieb 60 mit einer Abbremseinrichtung nach der Erfindung. Bauteile, die den in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Bauteilen gleichen, sind mit denselben Bezugsziffern versehen.

Der hydraulische Stellantrieb unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 2 im wesentlichen dadurch, daß an die Arbeitskammern 88 und 89 noch Zusatzkammern angrenzen, die jeweils über öffnungen 68 bzw. 69 miteinander in Verbindung stehen, in welche kegelförmige Fortsätze 66 bzw. 67 des Kolbens 63 eingreifen können. Die Steuerleitungen 95 und 96 münden jeweils in eine Arbeitskammer 99 bzw. 88, während die Überströmleitungen 97 und 87 sowie die Druckmittelleitungen 86 und 92 in die Zusatzkammern münden. Der Stellantrieb weist eine einseitige Kolbenstange 64 auf, die die Last 65 bewegt

Anders als bei den vorhergehenden Ausführungsformen sind jeweils ein Überströmventil 44, 45, ein Rückschlagventil 107 und eine Drossel 85 in einem Ventilgehäuse 72 untergebracht. Jedes Ventilgehäuse 72 weist eine Bohrung 70 mit einer Ventilspindel 73 auf, die in einer Buchse 74 gleiten kann und über einen Flansch 76 von einer Feder 75 in eine Ruhestellung gedrückt wird. Das andere Ende der Feder 75 liegt an einer durchbohrten Innenmutter 77 an. Die Buchse 74 ist mit radialen öffnungen 89 versehen, deren radial äußere Seite mit einer Überströmleitung 97, 87 in Verbindung steht.

Die Ventilspindel 73 weist einen Durchgangskanal 91 auf, der an der Oberseite offen ist und an der Unterseite an Schrägbohrungen 90 angrenzt, die durch die Wandung der Ventilspindel 73 hindurchführen.

Das oben offene Ende des Gehäuses 72 ist durch ein Anschlußstück 81 verschlossen, welches eine Anschlußöffnung 83 aufweist, an die eine Druckmittelleitung 94 bzw. 93 angeschlossen ist.

Durch die Bohrung der Ringmutter 77 erstreckt sich bis an das Anschlußstück 81 ein mit Wanddurchbrüchen 82 versehenes Rohr 79, welches eine Ventilkugel 107 aufnahmen kann, die mit dem Flansch 76 ein Rückschlagventil bildet.

Die Ventilspindel 73 weist an ihrem unteren Ende noch eine dünne Axialbohrung 109 auf und grenzt dort

an einen kleinen Kolben 78, der in einem Teil der Buchse 74 geführt ist und an seinem anderen Ende in eine mit der Steuerleitung 96 bzw. 95 in Verbindung stehende Kammer in dem Ventilgehäuse 72 hineinragt. Die Oberseite des den kleinen Kolben 78 führenden Teiles der Buchse 74 weist eine kegelförmige Ausnehmung 110 auf, und der K'»'ben 78 ist an seiner oberen Stirnseite mit einer Nut 112 versehen, die eine Druckmittelströmung durch die dünne Axialbohrung 109 zuläßt.

Die Drossel 85 ist in der Wandung des Ventilgehäuses 72 gebildet

Wenn das Steuerventil 40 sich in der dargestellten Durehflußstellung befindet, fließt Druckmittel durch die Druckmittelleitung 94, durch die Wanddurchbrüche 82 des Rohres 79 und außen um den Flansch 76 herum über die Drossel 85 und die Druckmittelleitung 86 in den Zusatzraum und von dort in die Arbeitskammer 88. Dadurch wird der Kolben 63 nach unten bewegt, und es fließt Druckmittel aus der Kammer 99 in die Druckmittelleitung 92 und entsprechend, jedoch in umgekehrter Richtung, durch das andere Ventilaggregat in die Druckmittelleitung 93 und zurück in den Druckmittelbehälter 18.

Sobald der kegelförmige Fortsatz 67 in die öffnung 69 eintritt, vermindert sich der Druckmittelabfluß, und in der Arbeitskammer 99 entsteht ein Druckanstieg, der über die Steuerleitung 95 auf den kleinen Kolben 78 einwirkt und diesen und damit auch die Ventilspindel 73 nach oben bewegt Diese gelangt daher in die Stellung, wie sie im rechten Ventilaggregat von F i g. 3 gezeichnet ist Bei der Aufwärtsbewegung der Ventilspindel 73 wird die Kraft der Feder 75 überwunden, wobei das Rohr 79 als Anschlag für die Ventilspindel dient. In dieser Lage befinden sich die Schrägbohrungen 90 der Ventilspindel in radialer Fluchtung mit den radialen öffnungen 89 in der Buchse 74, so daß Druckmittel von der Überströmleitung 87 in den Durchgangskanal 91 und von dort in die Druckmittelleitung 93 strömen kann. Durch die Wirkung der Drossel 85 in der Druckmittelleitung 86 fällt der Druck in der Arbeitskammer 88 praktisch auf NuIL Auf den Kolben 63 wirkt daher keine Antriebskraft mehr.

Wenn eine Last 65 mit hoher Masse, also hoher Trägheit mit dem Stellantrieb verbunden ist, wird selbst bei fehlendem Druck in der Arbeitskammer 88 eine Trägheitskraft auf den Kolben 63 ausgeübt, die bestrebt ist. diesen weiterzubewegen. Aufgrund dessen nimmt der Druck in der anderen Arbeitskammer 99 weiter 7ii.

Wenn ein Maximaidruck in dieser erreicht ist, öffnet das Überdruckventil 100, und das Druckmittel fließt aus der Arbeitskammer 99 in die Überströmleitung 87 und damit auf die tinlaOseitc des Stellantriebs. Dadurch ist der maximale Druck in den Arbeitsräumen immer unter

lü Kontrolle, und die Strömung durch das Überdruckventil bewirkt zusätzlich eine Absorption kinetischer Energie.

Die Ventilkugel 107, die mit der Bohrung in dem

Flansch 76 ein Rückschlagventil bildet verhindert einen Rückfluß von Druckmittel durch den Durchgangskanal 91 in Richtung auf die Überströmleitung 87, wenn die Ventilspindel 73 in ihrer Ofiensieüung ist. Damit wird vermieden, daß Druckmittel aus der Druckmittelleitung 93 in die Arbeitskammer 88 gelangen kann.

Außerdem würde Druckmittel aus der Arbeitskammer 99 durch die Druckmittelleitung 92, um den Flansch 76 herum, durch den Durchgangskanal 91 bis in die Überströmleitung 87 und die Arbeitskammer 88 gelangen, in der dann infolge der um den Flansch 76 herum gebildeten Drosselstelle 84 und der Drossel 85 ein beträchtlicher Rückdruck entstehen würde. Dieser würde zu einem gefährlich hohen Druck in der Arbeitskammer 99 führen. Durch das Rückschlagventil 107,76 wird ein derartiger Rückfluß verhindert.

Wenn das Steuerventil 40 in die Schließstellung

JO bewegt wird und der Kolben noch nicht abgebremst ist, bewirkt die Trägheit der Last 65 einen schnellen Druckanstieg in der Arbeitskammer 99. Das Rückschlagventil 107, 76 schließt sich, so daß ein Fluß durch die Überströmleitung 87 gesperrt ist Bei weiter zunehmendem Druck öffnet sich schließlich das Überdruckventil 100.

Die dünne Axialbohrung 109 in der Ventilspindel 73, durch die Druckmittel in den durch die kegelförmige Ausnehmung 110 gebildeten Raum fließen kann, dient als Durchflußbegrenzung und verlangsamt die Bewegung der Ventilspindel 73.

Eine Beschreibung der Arbeitsweise in der umgekehrten Antriebsrichtung des Stellantriebes erübrigt sich, da die Anordnung symmetrisch aufgebaut ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Abbremsen eines doppeltwirkenden hydraulischen Stellantriebs am Hubende mit je einer Druckmittelleitung pro Arbeitskammer zum Zuführen bzw. Abführen von Druckmittel und mit je einem, einer Arbeitskammer zugeordneten, in Ruhestellung geschlossenen Oberströmventil zum Absteuern des Druckmittelzulaufs am Hubende über eine Oberströmleitung zum Druckmittelrücklauf, wobei das Überströmventil von einem Stellkolben gegen die Kraft einer Feder über eine Steuerleitung von einem erhöhten Druckmitteldruck in der Auslaßkammer des Stellantriebs auf steuerbar ist und wobei zur Steuerung des Oberströmventils am Arbeitskolben des Stellantriebs angeordnete Fortsätze dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfortsätze (66,67; 36) gegen Hubende den Abströmquerschnitt aus der mit dem Rücklauf verbundenen Arbeitskammer (88, 99; 31, 32) verengen, daß die Oberströmleitungen (87, 97; 51) direkt an die Arbeitskammern (88, 99; 31, 32) angeschlossen sind, daß die Steuerleitungen (93, 96; 52) in jeder Arbeitskolbenstellung unmittelbar mit den Arbeitskammern verbunden sind, und daß in den Druckmittelleitungen (86, 92; 33, 39) jeweils eine Drossel (85; 37,38) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Steuerleitung eines Überströmventils und die Überströmleitung des anderen Überströmventils in einen gemeinsamen Arbeitskammeranschluß (49,50) münden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Arbeitskammer (88, 89) eine Zusatzkammer angrenzt, die durch eine durch einen Kolbenfortsatz (66, 67) verschließbare Öffnung (68, 69) mit der Arbeitskammer verbunden ist und in die die Druckmittelleitung (86, 92) und die Überströmleitung (87,97) münden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Überströmleitungen (55, 56; 87, 97) je ein Rückschlagventil (57, 58; 107) eingefügt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Überströmventil, ein Rückschlagventil (107) und eine Drossel (85) in einem gemeinsamen Ventilgehäuse (72) untergebracht sind (F ig. 3).

50