[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rohrbruchsicherung für hydraulisch betätigte
Hebezeuge.
[0002] Bei hydraulisch betätigten Hebezeugen, nämlich hydraulischen Kränen und ähnlichen
Geräten, ist in der Hydraulikleitung zwischen dem Hauptschieber und dem Hubzylinder
des Hebezeugs ein Sicherheitsventil eingebaut, durch welches die Hydraulikflüssigkeit
beim Heben der Last zum Hubzylinder und beim Senken der Last aus dem Hubzylinder strömt.
[0003] Dabei ist das Sicherheitsventil üblicherweise direkt am Hydraulikzylinder des Hebezeugs
angebaut. Der Hauptschieber befindet sich davon entfernt nahe der Pumpe. Da nicht
ausgeschlossen werden kann, dass ein Rohrbruch in der Hydraulikleitung zwischen dem
Hauptschieber und dem Sicherheitsventil auftreten kann, müssen Maßnahmen getroffen
werden, die verhindern, dass in einem solchen Fall beim Senken die Last abstürzen
kann. Dazu dient das Sicherheitsventil. Seine Funktion soll sicherstellen, dass im
Rohrbruchfall das dann unvermeidlich einsetzende Absinken der Last ausreichend gebremst
erfolgt und die Last nicht abstürzt. Die Vorgabe lautet, dass die Zunahme der Lastsinkgeschwindigkeit
im Rohrbruchfall maximal 100% der eingestellten Geschwindigkeit erreichen darf, die
Last also im Rohrbruchfall höchstens doppelt so schnell absinken darf, wie dies beim
normalen Senken der Last geschieht. Übliche Lastabsenkgeschwindigkeiten sind im Bereich
zwischen 0 und 200 mm pro Sekunde einstellbar.
[0004] Bei herkömmlichen Rohrbruchsicherungseinrichtungen ist die Anordnung so getroffen,
dass beim Senken der Last das Sicherheitsventil erst nach dem Hauptschieber öffnet
und damit die Feinfühligkeit der Steuerung der Lastgeschwindigkeit von den Gegebenheiten
des Sicherheitsventils abhängt.
[0005] Der von einem Steuerschieber erzeugte Steuerdruck, der den Hauptschieber beim Heben
und Senken der Last steuert, wird beim Senken der Last auch an die Ventilspindel des
Sicherheitsventils angelegt, um dieses entgegen einer sie in Schließrichtung vorspannenden
Feder zu öffnen.
[0006] Basierend auf der Annahme, dass die Feinfühligkeit des Sicherheitsventils gerade
auch deshalb erforderlich ist, weil es im Rohrbruchfall den Hydraulikflüssigkeitsabfluß
zuverlässig auf ein sicheres Maß drosseln muß, wird gegenwärtig bei Neukonstruktionen
von vornherein die Feinfühligkeit der Steuerung in das Sicherheitsventil gelegt, während
der Hauptschieber praktisch "schwarz/weiß" geschaltet wird, also an der Feinfühligkeit
der Hydraulikflüssigkeitssteuerung keinen Anteil hat. Weil aber die Feinsteuerung
des Hydraulikflüssigkeitsflusses im System beim Senken durch das Sicherheitsventil
erfolgt, muß dessen Steuerungscharakteristik mindestens genauso gut sein wie diejenige
am Steuerschieber. Dies bedeutet einen hohen technischen Aufwand am Sicherheitsventil.
Dieser Aufwand macht sich auch kostenmäßig und damit preislich negativ bemerkbar.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, die Notwendigkeit des in das Sicherheitsventil gelegten
erheblichen Aufwands zu eliminieren und den Rohrbruchsicherheitsaspekt in einfacherer
Weise um so wirksamer zur Geltung zu bringen.
[0008] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Schutzanspruch angegebene Anordnung
gelöst.
[0009] Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Verhältnisse so getroffen, dass der
zum Senken der Last auf die Ventilspindel des Sicherheitsventils durch den Steuerdruck
erzeugte Öffnungskraft allein nicht ausreicht, die Ventilspindel entgegen ihrer Federvorspannung
in die Öffnungsstellung zu verschieben. Vielmehr ist zum Öffnen des Sicherheitsventils
zum Senken der Last auch noch der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit in der
Hydraulikleitung zwischen dem Sicherheitsventil und dem Hauptschieber erforderlich,
der über eine entsprechende Ringfläche an der Ventilspindel des Sicherheitsventils
eine zusätzliche Öffnungskraft erzeugt. Nur bei Addition dieser beiden Öffnungskräfte
kann das Sicherheitsventil zum Senken der Last geöffnet werden. Der statische Druck
der Hydraulikflüssigkeit in der Hydraulikleitung allein reicht dazu ebenso wenig aus
wie der vom Steuerschieber kommende Steuerdruck.
[0010] Damit sind die Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber der herkömmlichen
Praxis umgekehrt. Während bei der herkömmlichen Anordnung beim Senken der Last zuerst
der Hauptschieber öffnet und dann das Sicherheitsventil, kann bei der erfindungsgemäßen
Anordnung die Reihenfolge umgekehrt werden, d.h. zuerst öffnet das Sicherheitsventil,
und dann erfolgt die Steuerung des Absenkens und der Absenkgeschwindigkeit der Last
über den Steuerschieber. Eine besondere Feinfühligkeit des Sicherheitsventils ist
in diesem Fall nicht notwendig, so dass hier konstruktiver Aufwand eingespart und
Kosten gesenkt werden können.
[0011] Trotz der Vereinfachung des Sicherheitsventils aber bei der erfindungsgemäßen Anordnung
noch ein wesentlich höherer Sicherheitsstandard erreicht. Denn bei der erfindungsgemäßen
Rohrbruchsicherungseinrichtung wird, falls tatsächlich ein Rohrbruch auftreten sollte,
das Sicherheitsventil nicht, wie bei herkömmlichen Anordnungen in einer fixen Position
gehalten, sondern wegen des Abfalls der auf die Ventilspindel des Sicherheitsventils
wirkenden Öffnungskraft schließt dieses und bremst daher das Absinken der Last ganz
erheblich.
[0012] Denn ein Rohrbruch in der Hydraulikleitung zwischen dem Hauptschieber und dem Sicherheitsventil
beim Senken der Last bewirkt einen erheblichen und im Normalfall einen vollständigen
Abfall des statischen Drucks, so dass der vom statischen Druck der Hydraulikflüssigkeit
auf die Ventilspindel des Sicherheitsventils ausgeübte Öffnungskraftkomponente wegfällt
und nur noch die vom Steuerdruck erzeugte Öffnungskraftkomponente anliegt, die aber
nicht ausreicht, das Sicherheitsventil entgegen der Federvorspannung in Schließrichtung
auf die Ventilspindel zu öffnen. Dies bedeutet, dass im Rohrbruchfall das Sicherheitsventil
mindestens weitgehend, wenn nicht gar vollständig schließt.
[0013] Die Erfindung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen
erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1
- ein schematisches Strömungsschaltbild, und
- Fig. 2
- einen Axialschnitt durch das Sicherheitsventil.
[0014] Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines hydraulischen Hebezeugs mit einem
Hauptschieber 1, einem Hubzylinder 2, der auf eine Last 3 wirkt, und einem Sicherheitsventil
4, das unmittelbar an den Hubzylinder 2 angebaut ist.
[0015] Zwischen dem Hauptschieber 1 und dem Sicherheitsventil 4 verläuft eine Hydraulikmittelleitung,
durch welche Hydraulikflüssigkeit zum und vom Hubzylinder 2 strömen kann. Die Hydraulikmittelpumpe
und die Hydraulikleitung von der Pumpe zum Hauptschieber 1 sind nicht dargestellt.
[0016] In der Hydraulikleitung 5 zwischen dem Hauptschieber 1 und dem Sicherheitsventil
4 ist nur beispielhaft und schematisch eine Stelle 6 markiert, an der ein Rohrbruch
auftreten könnte.
[0017] Der Hauptschieber 1 ist als Proportionalventil ausgebildet, das über einen Steuerschieber
7 mit einem Steuerdruck beaufschlagbar ist, der das Verschieben des Hauptschiebers
in die jeweils gewünschte Öffnungsstellung zum Heben oder Senken der Last bewirkt.
Die beiden schematischen Pfeile 1a und 1b an beiden Seiten des Hauptschiebers 1 bezeichnen
die Steuerdruckwirkungsrichtungen beim Heben bzw. Senken der Last. Zu beachten ist,
dass aus Gründen der Klarheit in Fig. 1 die Steuerdruckleitung vom Steuerschieber
7 zum Hauptschieber 1 nicht dargestellt ist, es sind nur die Steuerdruckleitungen
7a und 7b vom Steuerschieber zum Hauptschieber 1 und zum Sicherheitsventil 4 zum Senken
der Last eingezeichnet. Nur beim Senken der Last erfolgt eine Steuerdruckbeaufschlagung
des Sicherheitsventils 4.
[0018] Fig. 2 zeigt im Axialschnitt das Sicherheitsventil 4.
[0019] Im Gehäuse 41 sind Anschlüsse 42 für die Hydraulikleitung 5, 43 für die Verbindung
zum Hubzylinder 2, und 44 für den Anschluß der Steuerdruckleitung 7b gebildet. Im
Gehäuse ist eine Ventilspindel 45 gegen den in Schließrichtung wirkenden Vorspanndruck
einer Feder 46 in Öffnungsrichtung verschiebbar. Die Ventilspindel 45 weist einen
in der Zeichnung nach rechts weisenden, um den Spindelschaft herumverlaufenden ringförmigen
Stirnflächenbereich 45a auf, auf welchen der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit
in der Hydraulikleitung 5 über den Anschluß 42 wirkt.
[0020] Auf das vordere Stirnende der Spindel 45 wirkt ein Kolben 47, auf dessen in der Zeichnung
rechte Stirnfläche 47a der Steuerdruck aus der Steuerdruckleitung 7a über den Anschluß
44 wirkt.
[0021] Weiter ist im Gehäuse 41 um den Schaft der Ventilspindel 45 herum eine Rückschlagventilhülse
48 angeordnet, die in Schließrichtung (in der Zeichnung nach links) mittels einer
Feder 49 vorgespannt ist. Beim Heben der Last wird die Rückschlagventilhülse 48 durch
die Hydraulikflüssigkeit entgegen der Vorspannung der Feder 49 nach rechts verschoben,
während die Ventilspindel 45 in ihrer Position bleibt. In ihrer Schließstellung wirkt
die Rückschlagventilhülse 48, wenn die Ventilspindel 45 sich ebenfalls in ihrer Schließposition
befindet, mit einem Konusflächenbereich der Ventilspindel zusammen. Die Schließstellung
der Rückschlagventilhülse 48 ist durch einen in der Zeichnung nicht erkennbaren Anschlag
festgelegt.
[0022] Zum Senken der Last muß das Sicherheitsventil durch Bewegen der Ventilspindel 45
in der Zeichnung nach links geöffnet werden, während die Rückschlagventilhülse 48
in ihrer Schließposition verbleibt. Die zum Öffnen des Rückschlagventils notwendige
Öffnungskraft wird zum einen Teil durch den auf den Kolben 47 wirkenden Steuerdruck,
und zum anderen Teil durch den auf die Ringfläche 45a wirkenden statischen Hydraulikflüssigkeitsdruck
erzeugt. Nur wenn beide Drücke sich addieren, was einen ausreichend hohen statischen
Hydraulikflüssigkeitsdruck erfordert, kann das Sicherheitsventil geöffnet werden.
Dazu reicht weder der statische Druck der Hydraulikflüssigkeit allein noch der Steuerdruck
allein aus. Dies wird durch entsprechende Bemessung der Feder 46 in Relation zu den
im Betrieb auftretenden Drücken erreicht.
[0023] Im Falle eines Rohrbruchs in der Hydraulikleitung 5 fällt der statische Druck in
der Hydraulikleitung 5 in sich zusammen, so dass die Öffnungsdruckkomponente an der
Ringfläche 45a wegfällt und nur noch der Steuerdruck über den Kolben 47 auf die Sicherheitsventilspindel
45 wirkt. Dieser ist aber kleiner als der Vorspanndruck der Feder 46, so dass das
Sicherheitsventil schließt.
1. Rohrbruchsicherung für hydraulisch betätigte Hebezeuge, das am oder nahe dem Hubzylinder
(2) des Hebezeugs anzuordnen und in die Hydraulikleitung (5) zwischen einem Hauptschieber
(1) und dem Hubzylinder (2) eingebaut ist, mit einer Ventilspindel (45), die durch
eine Feder (46) in Schließrichtung vorgespannt ist, und auf welche beim Senken der
Last über einen Steuerdruck eine Öffnungskraft ausübbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilspindel (45) ein Flächenbereich (45a) vorgesehen ist, über welche der
statische Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Hydraulikleitung (5) eine Öffnungskraftkomponente
auf die Ventilspindel ausübt, wobei die die Ventilspindel (45) in Schließrichtung
vorspannende Feder (45) so bemessen ist, dass die über den Steuerdruck auf die Ventilspindel
wirkende Öffnungskraftkomponente zum Öffnen des Sicherheitsventils ohne eine durch
den statischen Druck der Hydraulikflüssigkeit erzeugte Öffnungskraftkomponente zum
Bewegen der Ventilspindel in Öffnungsrichtung nicht ausreicht.