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Title:
CONTROL ARRANGEMENT WITH PIPE BURST SAFETY FUNCTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/151727
Kind Code:
A3
Abstract:
The invention relates to a control arrangement (1) with pipe burst safety function for controlling the consumer (12), comprising an adjustable hydraulic machine (4) that can be used as a pump and as a motor, and a flow-control valve (24) having a metering diaphragm (26). Control signals can be fed to the hydraulic machine and to the metering diaphragm, which signals adjust the hydraulic machine to a smaller volume flow than the metering diaphragm or to substantially the same volume flow as the metering diaphragm. The arrangement according to the invention allows protection of the cylinder from pipe bursts during lowering while at the same time reducing pressure losses in the normal operation.

Inventors:
HEEMSKERK, Edwin (Rombergstrasse 38, Lohr, 97816, DE)
Application Number:
EP2008/004296
Publication Date:
April 23, 2009
Filing Date:
May 30, 2008
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (70469 Stuttgart, DE)
HEEMSKERK, Edwin (Rombergstrasse 38, Lohr, 97816, DE)
International Classes:
F15B20/00; F15B21/14
Foreign References:
DE4034666A11991-10-31
DE19800721A11999-07-15
DE3800188A11989-07-20
DE102004005402B42006-01-05
DE4425455A11996-01-25
Other References:
BOSCH REXROTH AG: "Rohrbruchsicherung Typ MHRB, RD 64623/06.06" Juni 2006 (2006-06), BOSCH REXROTH AG , LOHR AM MAIN, GERMANY 64623 , XP002514641
INTEGRATED HYDRAULICS LTD: "1CEBL series load control/holding valve, 1CEBL31" 26. April 2007 (2007-04-26), INTEGRATED HYDRAULICS LTD , WARWICK, ENGLAND , XP002514642
WESSEL HYDRAULIK: "Rupture valve, press. compens. SAE 3/4" - 6000 psi, 426.063.956.9" 26. April 2007 (2007-04-26), WESSEL HYDRAULIK , WILHELMSHAVEN, GERMANY , XP002514643
Attorney, Agent or Firm:
BOSCH REXROTH AG (Thürer, AndreasBR/IP, Zum Eisengiesser 1 Lohr, 97816, DE)
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Claims:

Ansprüche

1. Steueranordnung (1 , 50) zur Ansteuerung eines Verbrauchers (12) mit einem im Rücklauf vom Verbraucher (12) zur Rohrbruchsicherung angeordneten, verstellbaren Stromregler (24) mit Zumessblende und zugeordneter Druckwaage (32) und mit einer verstellbaren Hydromaschine (4), über die bei Umgehung des Stromreglers (24) Druckmittel zum Verbraucher (12) förderbar ist und die von dem vom Verbraucher abströmenden Druckmittel antreibbar ist, wobei die Zumessblende und die Hydromaschine (4) jeweils so eingestellt sind, dass der durch die Hydromaschine (4) vorgegebene Volumenstrom etwa gleich dem oder kleiner als der Volumenstrom ist, auf den der Stromregler (24) eingestellt ist.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1 , wobei bei der Einstellung der Zumessblende und der Hydromaschine (4) die Drehzahl der Hydromaschine (4) berücksichtigt ist.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine das Stromregelventil (24) umgehende Bypassleistung (38) mit Rückschlagventil (34) aufweist.

4. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbraucher ein Hydraulikzylinder (12) ist und das Stromregelventil (24) am Hydraulikzylinder angeordnet ist.

5. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Hydrospeicher (62), der von der Hydromaschine (4) aufladbar ist.

6. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zumessblende ein Sitzschieber (56) ist.

7. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Stromregelventil (24) ein Druckbegrenzungsventil (36) zum Begrenzen des Systemdrucks zugeordnet ist.

8. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckwaage (32) der Messblende (26) des Stromregelventils vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist.

9. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hydromaschine (4) mit einer Pumpe (8) verbunden ist.

Description:

Beschreibung

Steueranordnung mit Rohrbruchsicherungsfunktion

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steueranordnung mit Rohrbruchsicherungsfunktion zu Ansteuerung eines Verbrauchers.

Für die Rohrbruchsicherung werden nach der Stand der Technik Rohrbruchsi- cherungsventile verwendet, die normalerweise mit dem selben Steuersignal wie ein dem Verbraucher zugeordnetes Wegeventil von außen ansteuerbar sind. Rohrbruch- sicherungsventile sind üblicherweise direkt am Verbraucher angeordnet und haben die Aufgabe, bei einem Rohrbruch ein unkontrolliertes Absinken der Last zu verhindern. Derartige Rohrbruchsicherungsventile gelangen insbesondere bei mobilen Arbeitsmaschinen, wie Baumaschinen, zum Einsatz. Dabei darf die Senkgeschwindigkeit des Verbrauchers höchstens doppelt so hoch wie die Senkgeschwindigkeit vor dem Rohrbruch werden.

Aus dem RD-Merkblatt 64623/03.99 der Rexroth Bosch AG ist eine Rohrbruchsicherung mit einem über einen Steuerdruck proportional verstellbarem Wegeventil bekannt. Parallel zum Wegeventil ist ein Sekundärdruckbegrenzungsventil geschaltet, das eine Druckmittelströmung zum Verbraucher zulässt und den maximalen Lastdruck begrenzt sowie eine leckölfreie Abstützung der Last ermöglicht.

Aus der Druckschrift DE 10 2004 005 402 B4 ist eine Ventilanordnung für das Heben und Senken eines Hubzylinders bekannt, bei der im Rücklauf vom Hubzylinder ein Stromregelventil mit Zumessblende und vorgeschalteter Druckwaage vorgesehen ist, durch das eine vom Durchflussquerschnitt der Zumessblende bestimmte lastunabhängige Senkgeschwindigkeit des Hubzylinders ermöglicht wird.

Aus der Druckschrift DE 4425455 A1 geht eine hydraulische Steuereinrichtung für einen Hubzylinder mit einer Pumpe im Vorlauf und einem Stromregelventil im Rücklauf hervor. Zum Stromregelventil ist ein in Zuführrichtung zum Hubzylinder öffnendes Rückschlagventil parallel geschaltet, über das der Hubzylinder schnell ausfahrbar ist.

Beim Stand der Technik liegt das Problem relativ hoher Druckverluste über der Zumessblende vor, wodurch Energieverluste entstehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steueranordnung mit Rohrbruchssicherungsfunktion vorzusehen, bei der ein geringer Druckverlust auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die Steueranordnung nach Anspruch 1 gelöst.

Es wird eine Steueranordnung zur Ansteuerung eines Verbrauchers vorgesehen, die zur Rohrbruchsicherung einen im Rücklauf vom Verbraucher angeordneten Stromregler mit Zumessblende und zugeordneter Druckwaage und eine verstellbare Hydromaschine aufweist, über die bei Umgehung des Stromreglers Druckmittel zum Verbraucher förderbar ist und die von dem vom Verbraucher abströmenden Druckmittel antreibbar ist, wobei die Zumessblende und die Verstellpumpe so eingestellt sind, dass die Druckmittelvolumenströme durch die Zumessblende und über die Hydromaschine etwa gleich sind oder dass der Volumenstrom der Hydromaschine kleiner als der der Zumessblende ist. Somit kann bei einem Rohrbruch das Stromregelventil eine wesentliche Zunahme der Senkgeschwindigkeit verhindern. Die der Hydromaschine zugeführte Energie kann zum Antreiben weiterer Verbraucher genutzt werden.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung wird bei der Einstellung der Zumessblende und der Hydromaschine die Drehzahl der Hydromaschine berücksichtigt, wodurch eine in Bezug auf die Energierückgewinnung optimierte Vorgabe des Stellsignals erfolgen kann.

Ferner ist bevorzugt eine das Stromregelventil umgehende Bypassleistung mit Rückschlagventil vorzusehen, wodurch beim Ausfahren eines Hydraulikzylinders, der der Verbraucher ist, das Stromregelventil umgegangen werden kann. Im normalen Betrieb ist die Druckwaage des Stromregelventils weit offen, wobei die Hydromaschine die Senkgeschwindigkeit begrenzt.

Vorzugsweise ist das Stromregelventil am Verbraucher, der die Form eines Hydraulikzylinder hat, angeordnet. Aufgrund dieser nahen Anordnung kann die Gefahr eines Rohrbruchs zwischen Hydraulikzylinder und Stromregelventil minimiert werden.

Ferner wird bevorzugt, wenn ein Hydrospeicher vorgesehen ist, der durch die Hydromaschine aufladbar ist. Dadurch kann Energie gespeichert werden.

Ferner kann die Zumessblende ein Sitzschieber sein, wodurch sich eine Lasthaltefunktion umsetzen lässt.

Dem Stromregelventil kann ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet sein, wodurch sich der Systemdruck auf einen vorgegebenen Maximaldruck begrenzen lässt.

Die Druckwaage kann der Messblende des Stromregelventils vor- oder nachgeschaltet sein.

In einer Weiterbildung ist die Hydromaschine mit einer Pumpe verbunden, so dass die potentielle Energie der Last einem Antriebsstrang der Pumpe zur Verfügung gestellt werden kann.

Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung detailliert beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltschema einer Steueranordnung mit Rohrbruchsicherungsfunk- tion entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2 ein Schaltschema eines Rohrbruchsicherungsventils und eines Arbeitszylinders für eine Steueranordnung entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 3 einen Sitzschieber zur Verwendung als Zumessblende bei einer Steueranordnung entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel und

Figur 4 einen Speicher, der in den Steueranordnungen entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verwendbar ist.

Das Schaltschema von Figur 1 zeigt eine Steueranordnung 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Hubzylinder 12. Im Hubzylinder 12 befindet sich ein Kolben 16 mit einer Kolbenstange 17, der den Zylinder in einen boden- seitigen Druckraum 18 und einen stangenseitigen Druckraum 19 unterteilt. Eine verstellbare Hydromaschine 4, die über eine Steuerleitung 5 elektrisch oder hydraulisch ansteuerbar ist, versorgt den bodenseitigen Druckraum 18 des Hubzylinders 12 über eine Ventilanordnung 10 mit Rohrbruchsicherungsfunktion mit Druckmittel, um den Hubzylinder 12 auszufahren. Beim Einfahren des Hubzylinders 12 strömt Druckmittel

über die Ventilanordnung 10 und über die Hydromaschine 4 zum Tank 2. Der Rücklauf vom Hubzylinder 12 zur Hydromaschine 2 erfolgt über ein Stromregelventil 24 der Ventilanordnung 10 und der Vorlauf über eine das Stromregelventil umgehende Bypassleitung 38 der Ventilanordnung 10.

Die Hydromaschine 4 wird in der Betriebsart Pumpe über einen Motor 6 angetrieben. Ferner ist auf dem Antriebsstrang zwischen Motor 6 und Hydromaschine 4 ebenfalls eine Pumpe 8 vorgesehen, über die weiteren Verbrauchern Druckmittel zuführbar ist.

über den in Fig. 1 unten liegenden Anschluss der Hydromaschine 4 wird in der Betriebsart Pumpe der Hydromaschine 4 Druckmittel aus einem Tank 2 angesaugt und strömt in der Betriebsart Hydromotor Druckmittel zum Tank 2 ab.

Der in Fig. 1 oben liegende Anschluss der Hydromaschine 4 ist mit einer Zulaufleitung 22 der Ventilanordnung 10 mit Rohrbruchsicherungsfunktion verbunden. Der bodenseitige Druckraum 18 des Hubzylinders 12 ist über eine Vorlaufleitung 20 mit der Ventilanordnung 10 verbunden. Diese ist direkt an den Hubzylinder 12 angebaut. Insofern ist die Vorlaufleistung 20 nur ein Kanal in einem Gehäuse.

Bei der Steueranordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen pumpengesteuerten Linearantrieb, bei dem die Last ziehend oder drückend wirkt, so dass sich am bodenseitigen Druckraum18 ein entsprechender Lastdruck einstellt, um die Last zu halten. Bei Baumaschinen kann es vorkommen, dass bei einer drückenden Last ein statischer Haltedruck von beispielsweise 150 bar im Druckraum 18 vorliegt.

Zwischen der Vorlaufleitung 20 und der mit dem in Fig. 1 oben liegenden Anschluss der Hydromaschine 4 in Verbindung stehenden Zulaufleitung 22 ist in der Ventilanordnung 10 ein Stromregelventil 24 vorgesehen, das aus einer Zumessblende und einer Druckwaage besteht. Die Zumessblende im Stromregelventil 24 wird durch ein proportional verstellbares 2/2-Wegeventil 26 gebildet, das wie die Hydromaschine 4 über die Steuerleitung 5 ansteuerbar ist. Der Kolben 28 des Wegeventils 26 ist federvorgespannt. Der Druckwaagenkolben 30 der Druckwaage 32 wird in öffnungsrichtung durch die Kraft einer Vorspannfeder 31 und, bei Betrachtung in Richtung des Senkens des Hubzylinders 12, vom Druck stromabwärts des Wegeventils 26 beaufschlagt und in Richtung der Drosselung vom Druck stromaufwärts des Wegeventils 26 in Bezug auf das Senken des Hubzylinders beaufschlagt. über die

Druckwaage 32 wird die Druckdifferenz über der Zumessblende lastunabhängig konstant gehalten. Parallel zum Wegeventil 26 und zur Druckwaage 32 ist in der Bypass- leistung 38 ein in Richtung des Hebens des Hubzylinders 12 öffnendes Rückschlagventil 34 vorgesehen. Ferner wird der Druck in der Vorlaufleitung 20 über ein Druckbegrenzungsventil 36 begrenzt.

Nachfolgend wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Steueranordnung beschrieben.

Zum Ausfahren des Hubzylinders 12 arbeitet die Hydromaschine 4 als Pumpe und fördert Druckmittel über die Zulaufleitung 22, das geöffnete Rückschlagventil 34 und die Vorlaufleitung 20 in den Druckraum 18. Im Druckraum 18 baut sich ein Druck auf. Bei Erreichen des durch die Last vorgegebenen Lastdrucks beginnt sich der Kolben 16 zu bewegen und der Hubzylinder 12 wird ausgefahren. Dabei wird der Systemdruck über das Druckbegrenzungsventil 36 auf einen vorbestimmten Druck begrenzt. Weil das Stellsignal für die Hydromaschine 4 auch am Wegeventil 26 anliegt, öffnet auch dieses einen Durchflussquerschnitt. Notwendig ist das jedoch nicht unbedingt.

Zwar wird es bevorzugt, dass die Hydromaschine 4 tendenziell auf einen kleineren Volumenstrom als die Zumessblende im Wegeventil 26 eingestellt ist, doch können die theoretischen Volumenströme an der Zumessblende des Regelventils und an der Hydromaschine gleich sein, was in der Praxis jedoch nicht genau umzusetzen ist. Daher wird der etwas kleinere Volumenstrom an der Hydromaschine bevorzugt.

Man kann die Steuerleitung für das Wegventil 26 auch von der Steuerleitung für die Hydromaschine 4 trennen. Das Wegeventil würde dann beim Heben nicht angesteuert. Bei einem Rohrbruch bei einem anliegenden Hebensignal würde der Zylinder dann stehen bleiben.

Zum Einfahren des Hubzylinders 12 wird die Messblende am Wegeventil 26 ü- ber entsprechende Stellsignale auf einen etwas größeren theoretischen Volumenstrom als die Hydromaschine eingestellt. Die Druckwaage 32 öffnet sich aufgrund der auf den Regelkolben wirkenden Feder und der geringen Druckdifferenz von beispielsweise 3 bar am Regelkolben der Druckwaage 32 im Wesentlichen vollständig und ist somit ohne Funktion. Die Pumpe 8 wird über die Hydromaschine 4 angetrieben, wobei die Absinkgeschwindigkeit des Hubzylinders 12 durch den Schwenkwinkel und das Schluckvolumen der Hydromaschine 4 vorgegeben wird. Die Druckdifferenz

über dem Wegeventil 26 soll so klein wie möglich sein, um einen möglichst großen Anteil der potentiellen Energie durch die Hydromaschine 4 nutzen zu können.

Tritt nun ein Rohrbruch auf, so drosselt die Druckwaage 32 den Volumenstrom auf einen solchen Wert, dass über die Messblende eine dem Druckäquivalent der Vorspannfelder 31 entsprechende Druckdifferenz auftritt. Wegen des etwas größeren Volumenstroms, auf den die Messblende im Vergleich zur Hydromaschine eingestellt ist, erhöht sich die Senkgeschwindigkeit des Zylinders 12 nur wenig und verbleibt innerhalb der gestellten Forderungen.

Eine Steueranordnung 50 entsprechend dem in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten Steueranordnung lediglich dadurch, dass die Druckwaage 32 dem Wegeventil 26 in Richtung des Sen- kens des Hubzylinders 12 vorgeschaltet ist. Die Funktion des Stromregelventils 54 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht der des Stromregelventils 24 beim ersten Ausführungsbeispiel.

In der Darstellung entsprechend Figur 2 sind lediglich die Ventilanordnung 52 und der Hubzylinder 12 gezeigt, wobei der Tank 38, die Hydromaschine 6 und die Pumpe 8 sowie der Tank 2 aus Gründen der übersichtlichkeit und der Vergleichbarkeit der Anordnung mit dem ersten Ausführungsbeispiel weggelassen wurden.

Beim Wegeventil 26 entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist das als Schieber ausgebildete Wegeventil 26 in der federvorgespannten Ausgangsstellung a geschlossen, wobei eine Leckage vorhanden ist. Zur leckagefreien Abstützung der Last kann entsprechend Figur 3 für das Wegeventil eine Gestaltung gewählt werden, bei der der Kolben in der federvorgespannten Ausgangsstellung eine Lasthaltefunktion aufweist, d.h. dass ein Sitzschieber 56 vorgesehen ist.

Bei der Steueranordnung entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann die potentielle Energie beim Absenken der Last statt über die Pumpe 8 über einen in Fig. 4 gezeigten Speicher 62 genutzt werden. In einer Variante ist der Tank 2 durch den Speicher 62 ersetzt. Es wird jedoch bevorzugt, wenn der Tank 2 über ein zum in Fig. 1 unten liegenden Anschluss der Hydromaschine 4 hin öffnendes Rückschlagventil mit der Hydromaschine verbunden ist und der in Fig. 1 unten liegenden Anschluss der Hydromaschine 4 mit dem Speicher 62 über ein zum Speicher 62 öffnendes Rückschlagventil verbunden ist.

Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Druckbegrenzungsventil 36 nicht notwendigerweise erforderlich.

Mit der vorliegenden Erfindung kann somit eine Steueranordnung mit Rohr- bruchsicherungsfunktionen für den Einsatz bei pumpengesteuerten Zylinderantrieben umgesetzt werden. Die potentielle Energie beim Absenken der Last kann im Antriebsstrang oder zum Aufladen eines Hydrospeichers genutzt werden. Erst mit der Rohrbruchsicherung der vorliegenden Erfindung ist ein pumpengesteuerter Zylinderantrieb auch für Baumaschinen interessant, da sich die Energierückgewinnungsmöglichkeiten deutlich verbessern.

Es wird eine Steueranordnung mit Rohrbruchsicherungsfunktion zur Ansteuerung des Verbrauchers vorgesehen, die eine verstellbare, als Pumpe und als Motor verwendbare Hydro.maschine und ein Stromregelventil mit Zumessblende aufweist, wobei der Hydromaschine und Zumessblende Stellsignale zuführbar sind, durch die die Hydromaschine auf einen kleineren Volumenstrom als die Zumessblende oder eine im wesentlichen gleichen Volumenstrom wie die Zumessblende eingestellt wird. Somit besteht eine Sicherung des Zylinders beim Senken gegen Rohrbruch bei geringem Druckverlust im Normalbetrieb.