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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konditionieren einer Hydraulikflüssigkeit durch dosiertes Hinzufügen eines Konzentrats.
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Hydraulikflüssigkeiten im Bergbau bestehen zu 95 bis 98 % aus Wasser, wobei die restlichen Bestandteile Chemikalien, das sogenannte Konzentrat, sind, die für einen Korrosionsschutz sorgen, eine Bakterienbildung oder das Wachstum von Pilzen verhindern und gleichzeitig gleitende Bauteile schmieren. In der Praxis ist es dabei von Bedeutung, dass das jeweilige anlagenspezifische Mischungsverhältnis präzise eingehalten wird. Wird zu wenig Konzentrat hinzugegeben, so ist die Funktion der Anlagen gefährdet. Wird jedoch zu viel Konzentrat verwendet, so steigen die Betriebskosten unnötig an.
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Aus dem Stand der Technik sind Mischanlagen bekannt, bei denen der Zufluss von frischem Wasser mit einem Durchflusssensor gemessen wird, woraufhin entsprechend der Wassermenge Konzentrat zugemischt wird. Bei diesen bekannten Anlagen wird die Konzentration gemessen und es wird nach dem Messwert nachgeregelt. Diese Anlagen bauen daher komplex und verwenden mehrere Motoren mit hoher Spannung, was insbesondere im Untertagebau nicht wünschenswert ist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Konditionieren einer Hydraulikflüssigkeit zu schaffen, die mit einfachen Mitteln unter Zuführung nur geringer elektrischer Energiemengen das Mischungsverhältnis von Hydraulikflüssigkeit und Konzentrat konstant hält.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere durch eine Vorrichtung zum Konditionieren einer Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, durch dosiertes Hinzufügen eines Konzentrats, wobei die Vorrichtung einen Einlass für unkonditionierte Hydraulikflüssigkeit, einen Konzentratbehälter, eine Konzentratpumpe und eine Mischkammer mit einem Auslass für konditionierte Hydraulikflüssigkeit umfasst. Erfindungsgemäß ist dabei die Konzentratpumpe durch von dem Einlass zugeführte, unkonditionierte Hydraulikflüssigkeit antreibbar.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass im Untertagebau als Hydraulikmedium Wasser eingesetzt wird, wobei die Wasserversorgung (Frischwasser) normalerweise mit einem Druck von mindestens 10 bar bis hin zu 100 bar vorliegt. Erfindungsgemäß wird dieser Wasserdruck dazu genutzt, die Konzentratpumpe zu betreiben, so dass auf elektrische Motoren und den Einsatz von hohen elektrischen Spannungen verzichtet werden kann.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann die Konzentratpumpe eine Kolbenpumpe mit zumindest einem Kolben sein. Eine solche Kolbenpumpe lässt sich mit Hilfe einer elektrohydraulischen Steuerung mit vergleichsweise einfachen Mitteln steuern, indem der Kolbenraum und der Ringraum des Antriebskolbens der Pumpe abwechselnd mit Druck beaufschlagt wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Konzentratpumpe mit einem Auslass für die unkonditionierte Hydraulikflüssigkeit versehen sein, der mit der Mischkammer in Verbindung steht. Hierdurch lässt sich der zum Antrieb der Konzentratpumpe verwendete Fluidfluss gleichzeitig auf vorteilhafte Weise für ein Mischen mit Konzentrat einsetzen, nachdem die in der Hydraulikflüssigkeit vorhandene Energie zum Antrieb der Konzentratpumpe verwendet wurde.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Konzentratpumpe so ausgebildet sein, dass mit einem Kolbenhub ein festes Mischungsverhältnis von unkonditionierter Hydraulikflüssigkeit und Konzentrat in die Mischkammer förderbar ist. Für eine Variation des Mischungsverhältnisses kann die Konzentratpumpe mit einem Auslass für das Konzentrat versehen sein, der einerseits mit der Mischkammer und andererseits mit einer durch ein Ventil absperrbaren Rückführleitung in den Konzentratbehälter in Verbindung steht. Auf diese Weise lässt sich das von der Konzentratpumpe geförderte Konzentrat entweder in die Mischkammer einbringen oder aber durch die Rückführleitung in den Konzentratbehälter rückführen, so dass kein Zumischen von Konzentrat erfolgt. Durch kontrolliertes Öffnen des Ventils lässt sich somit das Mischungsverhältnis einstellen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Wegmesssystem für die Bewegung des Kolbens der Kolbenpumpe vorgesehen sein, wobei mit Hilfe des Wegmesssystems ein in die Mischkammer zugeführtes Volumen an Konzentrat und/oder an unkonditionierter Hydraulikflüssigkeit ermittelbar ist. Durch Detektion des Kolbenhubs lässt sich nämlich auf einfache Weise die durch den Antriebskolben in die Mischkammer geförderte Menge an unkonditionierter Hydraulikflüssigkeit ermitteln, da die Querschnittsflächen des Kolbenraums und des Ringraums des Antriebszylinders bekannt sind, in dem sich der Antriebskolben hin und her bewegt. Mit anderen Worten dient der Antriebskolben für die Konzentratpumpe gleichzeitig als Messkolben für die zugeführte Menge an unkonditionierter Hydraulikflüssigkeit. In gleicher Weise kann durch die Detektion des Weges des Kolbens der Kolbenpumpe auch auf sehr präzise Weise die Menge (das Volumen) an zugeführtem Konzentrat ermittelt werden. Hierdurch erhält man sowohl die gepumpte Konzentratmenge wie auch die gepumpte Menge an unkonditionierter Hydraulikflüssigkeit (Wasser). Durch eine solche volumetrische Dosierung kann ein gewünschtes Mischungsverhältnis sehr präzise eingestellt werden, ohne dass ein kontinuierlicher Ist-Wert/Soll-Wertvergleich erforderlich ist. Vielmehr genügt eine anfängliche Kalibrierung, um das gewünschte Mischungsverhältnis dauerhaft präzise einzustellen.
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Wenn eine Steuerung vorgesehen ist, die das Ventil der Rückführleitung in Abhängigkeit von dem Hub des Kolbens steuert, d.h. das Ventil bei einem bestimmten Teilhub des Kolbens öffnet und schließt, so lässt sich eine besonders genaue Dosierung erzielen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die gesamte Vorrichtung mit Spannungen im Niedervoltbereich betreibbar, d.h. mit einer Spannung von beispielsweise 12 V. Eine solche Spannung kann auch im Untertagebau gefahrlos und eigensicher eingesetzt werden und ist ausreichend, um eine elektrohydraulische Steuerung sowie davon gesteuerte Magnetventile zu betätigen, die insbesondere als Vorsteuerventile ausgebildet sein können.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann diese einen Tankanschluss zur Verbindung mit einem Hydrauliktank aufweisen, wobei in der Vorrichtung ein Füllstandsrohr mit einem Pegelmesser vorgesehen ist, das mit dem Tankanschluss in kommunizierender Verbindung steht, um den Füllstand im Tank zu messen. Auf diese Weise ist für den Tank kein gesonderter Füllstandsmesser erforderlich und es sind sämtliche zur Konditionierung erforderlichen Bauteile bzw. Sensoren an der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung kann somit als Ankoppelmodul an den Tank ausgebildet sein, wobei als Befestigungspunkt ein Pumpenanschluss an dem Tank dienen kann. Hierdurch lässt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache Weise mit bereits bestehenden Systemen koppeln, die jedoch nicht mit einem neuen Tank nachgerüstet werden müssen.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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Die Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Konditionieren einer Hydraulikflüssigkeit.
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Wie die Figur zeigt, umfasst die dargestellte Vorrichtung zum Konditionieren einer Hydraulikflüssigkeit durch dosiertes Hinzufügen eines Konzentrats ein kompaktes Modul 10 als Mischvorrichtung, das an ein Tankmodul 12 nach Art eines Ankoppelmoduls angedockt ist. Das Tankmodul 12 umfasst einen Tank 14 mit Hydraulikflüssigkeit 16, wobei am Boden des Tanks ein sich in horizontaler Richtung öffnender Anschluss 18 vorgesehen ist, an den bei herkömmlichen Anlagen eine Hydraulikpumpe angeschlossen wird. Erfindungsgemäß ist jedoch an den Anschluss 18 die Mischanlage als Ankoppelmodul 10 angeschlossen und zwar über einen Tankanschluss 20, an den sich im Inneren der Mischanlage 10 eine Mischkammer 22 anschließt.
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Die Mischkammer 22 erstreckt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen horizontal, wohingegen von der Mischkammer 22 im Bereich des Tankanschlusses 20 ein sich vertikal erstreckendes Füllstandsrohr 24 vorgesehen ist, in dem sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren Hydraulikflüssigkeit auf dem gleichen Niveau wie in dem Hydrauliktank 16 befindet. In dem Füllstandsrohr 24 ist ein Pegelmesser 26 vorgesehen, der sein Signal an eine Steuerung 30 weiterleitet, die über eine Leitung 31 mit einer Spannung im Niedervoltbereich von beispielsweise 12 V betrieben wird und die mit einer Datenleitung 32 verbunden ist, um Mess- und Steuersignale auszugeben. Mit Hilfe der Steuerung 30 und des Pegelmessers 26 kann somit der Füllstand im Tank 16 ermittelt werden.
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Wie die Figur ferner verdeutlicht, umfasst die Mischvorrichtung 10 einen Einlass 34 für unkonditionierte Hydraulikflüssigkeit, beim dargestellten Ausführungsbeispiel Frischwasser, einen Konzentratbehälter 36, eine in dem Konzentratbehälter 36 angeordnete Konzentratpumpe 38 und die vorstehend bereits beschriebene Mischkammer 22, die mit einem Auslass 28 für konditionierte Hydraulikflüssigkeit in Verbindung steht.
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Die Konzentratpumpe 38 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Kolbenpumpe und insbesondere als Schöpfkolbenpumpe ausgebildet. Die Kolbenpumpe 38 weist einen Antriebskolben 40 und einen Pumpkolben 42 auf, wobei der Antriebskolben 40 in einem Antriebszylinder 41 und der Pumpkolben 42 in einem Pumpzylinder 43 hin und her bewegbar ist. Hierbei sind der Kolbenraum und der Ringraum des Antriebszylinders 41 getrennt von dem Kolben- und Ringraum des Pumpzylinders 43 ausgebildet. Um die beiden miteinander starr verbundenen Kolben 40 und 42 hin und her zu bewegen, ist in dem Kolbenraum des Arbeitszylinders 41 ein Kolbenraumanschluss 44 und im Ringraum des Arbeitszylinders 41 ein Ringraumanschluss 46 vorgesehen. Hierdurch kann die Konzentratpumpe 38 durch von dem Einlass 34 zugeführte, unkonditionierte Hydraulikflüssigkeit betrieben werden, indem nachstehend näher beschriebene Ventile passend umgeschaltet werden.
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Ein Pumpen des in dem Konzentratbehälter 36 befindlichen Konzentrats 17 wird durch den Pumpkolben 42 bewirkt, der zwischen Ringkammer und Kolbenkammer des Pumpzylinders 43 ein Rückschlagventil 48 aufweist, wobei am Boden des Pumpzylinders 43 ein weiteres Rückschlagventil 49 vorgesehen ist. Durch die dargestellte Anordnung der Rückschlagventile 48 und 49 wird bei einem Aufwärtshub des Pumpzylinders 42 Konzentrat 17 in den Kolbenraum des Pumpzylinders gesaugt, während gleichzeitig Konzentrat aus dem Ringraum des Pumpzylinders 43 in einen Auslass 50 abgegeben wird. Bei einem Abwärtshub sperrt das untere Rückschlagventil 49 und Konzentrat wird aus dem Kolbenraum durch das Rückschlagventil 48 in den Auslass 50 gepumpt. Der Auslass 50 für gepumptes Konzentrat 17 steht über eine Leitung 52 einerseits mit der Mischkammer 22 in Verbindung. Andererseits besteht eine Leitungsverbindung zu einem Dosierventil 60, das eine Rückführleitung 54 in den Konzentratbehälter 36 absperrt oder freigibt. Bei geschlossenem Dosierventil 60 fördert die Konzentratpumpe 38 Konzentrat 17 durch die Leitung 52 zu zumindest einer Düse 56 in der Mischkammer 22, wobei das Einspritzen des Konzentrats in die Mischkammer 22 über ein Rückschlagventil 62 erfolgt, so dass das Konzentrat stets unter Druck in die Mischkammer 22 eingespritzt wird. Bei geöffnetem Dosierventil 60 pumpt die Konzentratpumpe 38 das Konzentrat nicht in die Mischkammer 22 sondern über die Rückführleitung 54 zurück in den Konzentratbehälter 36, da sich in der Leitung 52 kein ausreichender Druck aufbauen kann, um das Rückschlagventil 62 zu öffnen.
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Um eine Pumpbewegung der Konzentratpumpe 38 zu bewirken, sind zwei 2/3-Wegeventile 64 und 66 vorgesehen, die von zwei elektromagnetischen Vorsteuerventilen 74 und 76 angesteuert werden. Ebenso ist zum Ansteuern des Dosierventils 60 ein Vorsteuerventil 78 vorgesehen. Alle Vorsteuerventile 74, 76 und 78 sind mit der Steuerung 30 verbunden und werden von dieser geschaltet.
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Durch entsprechendes Betätigen der Vorsteuerventile 74 bzw. 76 werden die Ventile 64 bzw. 66 so geschaltet, dass von dem Einlass 34 kommendes Frischwasser entweder in den Anschluss 44 oder aber in den Anschluss 46 der Konzentratpumpe 38 eingespeist wird. Der jeweils andere Anschluss 46 bzw. 44 ist dann jeweils mit einer Rückführleitung 80 verbunden, die über zumindest eine Düse in die Mischkammer 22 mündet. Die Konzentratpumpe 38 wird somit durch von dem Einlass 34 zugeführte, unkonditionierte Hydraulikflüssigkeit angetrieben und die für den Antrieb der Konzentratpumpe 38 verwendete Hydraulikflüssigkeit wird im Pumpbetrieb in die Mischkammer 22 abgegeben. Die passende Ansteuerung der Ventile erfolgt dabei über die Steuerung 30.
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Ein Drucksensor 27 ermittelt den Druck im Bereich des Einlasses 34 und sorgt mit Hilfe der Steuerung 30 dafür, dass die Mischanlage nur betrieben wird, wenn auch am Einlass genügend Wasserdruck vorhanden ist. Zur Messung des Füllstands im Konzentratbehälter 36 ist ein Füllstandssensor 57 vorgesehen, der ebenfalls mit der Steuerung 30 in Verbindung steht. Schließlich weist die erfindungsgemäße Mischvorrichtung auch ein Wegmesssystem 87 auf, das mit der Steuerung 30 in Verbindung steht, und das die Bewegung des Kolbens 40 bzw. auch des Kolbens 47 der Kolbenpumpe 38 detektiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Wegmesssystem 87 einen zentralen Reed-Stab, über den der Hub des Kolbens 40 exakt ermittelt werden kann. Hierdurch ist gleichzeitig ein in die Mischkammer 22 im Pumpbetrieb zugeführtes Volumen an unkonditionierter Hydraulikflüssigkeit ermittelbar genauso wie die Menge des gepumpten Konzentrats.
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Wie die Figur zeigt, besitzt das Mischmodul 10 eine kompakte Bauform. Sämtliche erforderlichen Elemente lassen sich an dem Modul 10 anordnen, wobei das Modul 10 über den Pumpenanschluss 18 an den Tank 14 angedockt werden kann.
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Der am Einlass 34 vorhandene Wasserdruck im Bereich von mindestens 10 bis über 100 bar wird erfindungsgemäß dazu genutzt, die Konzentratpumpe 38 zu betreiben. Der Zulauf zu beiden Seiten des Antriebskolbens 40 ist jeweils mit einem 2/3-Wegeventil 74 bzw. 76 versehen, welche jeweils eine Seite des Antriebszylinders 41 mit der Frischwasserversorgung 34 oder aber mit der Mischkammer 22 verbinden.
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Wird im Pumpbetrieb nicht steuernd eingegriffen, so entsteht das Mischungsverhältnis durch die Flächenverhältnisse des Arbeitskolbens 40 und des Pumpkolbens 42. Die Fördermenge lässt sich variieren, indem abhängig vom Hub des Kolbens Konzentrat durch das Dosierventil 60 in den Konzentratbehälter 36 zurückgeführt wird. Der gesamte Vorgang wird durch die Steuerung 30 geregelt, die eigensicher mit Niederspannung betrieben wird.
