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Die
Erfindung betrifft ein mehrstufiges Steuerventil insbesondere für den untertägigen Schildausbau,
mit einem unter elektrischer Leistungsaufnahme betätigbaren
Aktor, mit einer durch die Schaltstellung des Aktors angesteuerten
Vorsteuerventilstufe und mit einem der Vorsteuerventilstufe nachgeschalteten,
hydraulischen Hauptsteuerventil. Die Erfindung betrifft ferner einen
Schildausbau für den
untertägigen
Bergbau mit einer Vielzahl von mit Hydrauliksystemen wie Hubstempeln,
Schreitzylindern, Stellzylindern u.dgl. ausgestatteten Schilden, die über mehrstufige,
in Steuerblöcken
angeordnete Steuerventile angesteuert und betätigt sind.
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Mit
mehrstufigen Steuerventilen werden im untertägigen Bergbau beispielsweise
Hubstempel und andere hydraulische Arbeitszylinder von Schilden
für den
schreitenden Ausbau betätigt.
So werden beispielsweise zum Abbau untertägiger Lagerstätten entlang
der gesamten Abbaufront Ausbauschilde eingesetzt, die den freigelegten
Abbauraum unterstützen
und mit Abbaufortschritt selbständig
vorschreiten. Hierbei kann hinter der Abbaufront ein Verbund von
derzeit bis zu 350 Ausbauschilden eingesetzt werden. Jedes Ausbauschild
weist dann wiederum Hubstempel, Schreitzylinder, Stellzylinder und
weitere, hydraulisch betätigte
Zylinder oder Aggregate auf, die jeweils über ein separat ansteuerbares
mehrstufiges Schaltventil mit Vorsteuer- und Hauptventilstufe angesteuert
werden, um im jeweiligen Schreit- bzw. Setzzustand
der Ausbauschilde die erforderlichen Funktionen ausführen zu
können.
Im untertägigen Bergbau
ist hierbei problematisch, daß aufgrund
der Explosions- und Schlagwettergefahr für die elektrische Versorgung
der bisher aus Elektromagneten bestehenden Aktoren ein eigensicherer
Gleichstromkreis vorgesehen ist, der nicht nur in der Schaltphase zum Ändern seiner
Schaltstellung, sondern auch in der Haltephase beim Aufrechterhalten
einer bestimmten Schaltstellung elektrische Leistung aufnimmt.
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Im
untertägigen
Bergbau wird für
elektromagnetische Aktoren daher eine grundlegend aus der
DE 32 29 835 bekannte Haltestromabsenkung
eingesetzt. Neuere Überlegungen
gehen dahin, anstelle der elektromagnetischen Aktoren einen piezoelektrischen
Aktor einzusetzen, wie er beispielsweise in der
DE 102 33 316 der Anmelderin beschrieben
ist.
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Gattungsgemäße mehrstufige
Steuerventile, die von der Anmelderin im untertägigen Schildausbau eingesetzt
werden, sind beispielsweise in der
DE 101 12 496 A1 offenbart. Die im Schildausbau
eingesetzten Elektromagneten haben in der Schaltphase eine Leistungsaufnahme
von etwa 1800 mW und in der Haltephase eine reduzierte Leistungsaufnahme von
etwa 600 mW. Die Schaltzeit während
der Schaltphase beträgt
etwa 250–400
ms.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, mehrstufige Steuerventile zu schaffen, die
sowohl in der Schaltphase als auch in der Haltephase eine geringe
elektrische Leistungsaufnahme aufweisen und gleichzeitig ein schnelles
Schalten ermöglichen.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen untertägigen Schildausbau
zu schaffen, in welchem die erfindungsgemäßen Steuerventile einsetzbar
sind.
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Die
vorgenannten Aufgaben werden hinsichtlich des Steuerventils durch
die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Schildausbaus durch die in
Anspruch 11 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße mehrstufige
Steuerventil kennzeichnet sich dadurch, daß das von dem Aktor angesteuerte
Ventil der Vorsteuerventilstufe ein Pneumatikventil ist; erfindungsgemäß ist mithin
eine pneumatische, von dem elektrischen Verbraucher (Aktor) angesteuerte
bzw. geschaltete pneumatische Vorsteuerventilstufe vorgesehen. Im
Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen,
bei welchen mit dem Aktor ein hydraulisches und mit einem Betriebsdruck
von etwa 300–400
bar betriebenes Pilotsteuerventil angesteuert wird, wird erfindungsgemäß mit dem
Aktor also unmittelbar ein Pneumatikventil angesteuert, das bei
einem signifikant niedrigeren Betriebsdruck von z.B. 6–8 bar betrieben
wird. Die elektrische Leistungsaufnahme für den Aktor eines Pneumatikventils
ist erheblich geringer als die notwendige elektrische Leistungsaufnahme
eines Aktors wie beispielsweise eines Elektromagneten für ein hydraulisches
Pilotsteuerventil und zwar sowohl in der Schaltphase als auch in
der Haltephase. Durch die Verminderung der elektrischen Leistungsaufnahme
jedes Aktors kann wiederum die Anzahl der ansteuerbaren Aktoren
und mithin auch Ventile bei gleichbleibender zur Verfügung stehender elektrischer
Versorgungsleistung um das fünf-
bis zehnfache erhöht
werden. Die einzige Voraussetzung besteht in dem Bereitstellen einer
Pneumatikversorgung für
das Pneumatikventil.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann
das Pneumatikventil mit einem pneumatisch beaufschlagbaren Pneumatikkolben
als Aktuator versehen sein, dessen Schaltbewegung vorzugsweise unmittelbar
auf den Schließkörper des
hydraulischen Hauptsteu erventils übertragbar ist. Bei dieser
Ausgestaltung umfaßt
das mehrstufige Steuerventil mithin eine pneumatische Vorsteuerventilstufe,
mit der unmittelbar die nachgeschaltete hydraulische Hauptsteuerventilstufe
geschaltet wird. Bei der bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Pneumatikventil
einen pneumatisch beaufschlagbaren Pneumatikkolben als Aktuator,
dessen Schaltbewegung vorzugsweise unmittelbar auf den Schließkörper eines
hydraulischen Pilotsteuerventils der Vorsteuerventilstufe übertragbar
ist. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen mehrstufigen Steuerventils
ist mithin zusätzlich
zu den auch bei den gattungsgemäßen Steuerventilen
vorhandenen hydraulischen Haupt- und Pilotstufen eine Pneumatikventilstufe
vorgesehen und nur diese Pneumatikventilstufe wird mit dem elektrisch
betätigten
Aktor angesteuert. Dies hat den Vorteil, daß mit der Pneumatikventilstufe
nicht die zum Schalten der hydraulischen Hauptventilstufe notwendigen
hohen Aktuatorkräfte
sondern nur die zum Schalten der hydraulischen Pilotventilstufe
notwendigen Aktuatorkräfte
aufgebracht werden müssen,
die aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen der in der Pilotventilstufe
zum Einsatz kommenden hydraulischen Steuerelemente, wie z.B. Ventilschieber,
entsprechend geringer sind.
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Bei
beiden Ausführungsformen
kann der Pneumatikkolben des Pneumatikventils mittels einer Rückstellfeder
in die Ausgangsstellung rückstellbar sein.
Weiter vorzugsweise kann der Pneumatikkolben des Pneumatikventils
mit einem Schaltstößel gekoppelt
sein. Der Pneumatikkolben kann alternativ als Plungerzylinder oder
Balgzylinder ausgeführt
sein und dann vorzugsweise durch die Rückstellkraft des Schließkörpers des
hydraulischen Hauptsteuerventils oder Pilotsteuerventils in die
Ausgangsstellung rückstellbar
sein. Für
den Einsatz im untertägigen Bergbau
sind vorzugsweise das Hauptsteuerventil, das Pilotsteuerventil und/oder
das Pneumatikventil als 3/2-Wegeventile ausgeführt und/oder die Aktoren für die Pneumatikventile
sind an eigensichere Gleichstromkreise angeschlossen.
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Bei
der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor für das Pneumatikventil
pulsweitenmoduliert angesteuert. Mit ausreichend schnell schaltenden
Aktoren für
die Pneumatikventile ist man dann durch ein pulsweitenmodulierte
Ansteuerung der Aktoren in der Lage, den Pneumatikkolben des Pneumatikventils
druckgeregelt oder positionsgeregelt zu betreiben. Dies bietet die
besonders vorteilhafte Ausgestaltung, daß der Schließkörper des
hydraulischen Pilotventils oder des Hauptsteuerventils mit dem pulsweitenmoduliert
angesteuerten Pneumatikventils ebenfalls druckgeregelt oder weggeregelt,
vorzugsweise stufenlos druckgeregelt oder stufenlos weggeregelt
angesteuert sein kann. Die pulsweitenmodulierte Ansteuerung des
Aktors bewirkt, daß die
Druckspitzen der einzelnen, mit dem Aktor bewirkten Zuschaltvorgänge gedämpft werden
und sich hierdurch ein zeitlich gemitteltes gleichmäßiges, aber
auch veränderbares
Druckniveau im Kolbenraum des Pneumatikkolbens des Pneumatikventils einstellt.
Die Schaltfrequenz der Aktoren für
das Pneumatikventil kann für
die Pulsweitenmodulation bei 250–500 Hz und höher liegen.
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Wie
weiter oben dargelegt erfordert die Verwendung der erfindungsgemäßen mehrstufigen Steuerventile
im untertägigen
Bergbau, insbesondere im untertägigen
Schildausbau, das Vorsehen einer Pneumatik-Druckversorgung. Die
Erfindung betrifft daher auch das Hauptanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen mehrstufigen
Steuerventile, nämlich die
untertägige
Gewinnung mit Schildausbau, wobei ein erfindungsgemäßer Schildausbau
dadurch gekennzeichnet ist, daß die
mehrstufigen Steuerventile erfindungsgemäß jeweils einen Aktor umfassen,
der ein Pneumatikventil der Vorsteuerventilstufe ansteuert. Um die
Pneumatikdruckversorgung im untertägigen Schildausbau zu erreichen,
kann zur Pneumatikdruckversorgung der Pneumatikventile der einzelnen Schilde
eine dezentrale, am Schild selbst, am benachbarten Schild oder an
jedem x-ten Schild angeordnete Pneumatikdruckquelle vorgesehen sein.
Die dezentrale Pneumatikdruckversorgung erfordert mithin nicht,
daß zusätzlich zu
den Hydraulikleitungen und Elektrikleitungen im Strebendbereich
noch eine Pneumatikleitung erforderlich ist.
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Alternativ
kann zur Pneumatikdruckversorgung der Pneumatikventile eine zentrale
Pneumatikdruckquelle vorgesehen werden, wobei dann der Pneumatikdruck
der zentralen Pneumatikdruckquelle über Pneumatikschlauchleitungen
sämtlichen
Schilden des Schildausbaus zuführbar
ist. Bei einem Schildausbau mit zentraler Pneumatikdruckversorgung
kann vorteilhafterweise die Pneumatikdruckhauptleitung Bestandteil
eines an den Schildausbau angeschlossenen Förderers sein, die über einzelne Stichleitungen
mit einem partiell absperrbaren Verzweigungsleitsystem verbunden
ist. Mit dem Verzweigungsleitsystem können die Steuerblöcke benachbarter
Schilde für
die Pneumatikdruckversorgung verbunden werden. Im Falle eines Leitungsbruchs
kann dann durch Absperrung des schadhaften Bereiches eine Umgehung
der Leckagestelle erfolgen und die Betriebsbereitschaft aller Pneumatikventile
der einzelnen Schilde kann aufrechterhalten werden. Als zusätzliche
oder alternative Sicherheitsmaßnahme
kann jeder Schild mit einem Druckluftspeicher versehen sein oder
jedes y-te Schild ist mit einem Druckluftspeicher versehen; mit
dem Druckluftspeicher werden zugleich Druckschwankungen verhindert.
In bevorzugter Ausgestaltung sind mehrere mehrstufige Steuerventile
in einem am Schild befestigbaren Steuer- bzw. Ventilblock angeordnet,
wobei das hydraulische Pilotsteuerventil und/oder das hydraulische
Hauptsteuerventil in einer Ventilbohrung hintereinander auf einer
Linie angeordnet sind und das Pneumatikventil in Reihe mit dem Pilot und/oder
Hauptsteuerventil in den Ventilblock integriert ist oder außen am Ventilblock
angeflanscht ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung können sowohl beim mehrstufigen
Steuerventil als auch beim Schildausbau die Aktoren für die Pneumatikventile pneumatisch
betätigbar
oder durch pneumatische Signalübertragung
ansteuerbar sein. Hierdurch könnte vollständig auf
eine elektrische Versorgung verzichtet werden. Weiter alternativ
könnten
zur Ansteuerung der Aktoren für
die Pneumatikventile nicht-eigensichere Steuerungen oder Steuerplatinen
zusammen mit den Pneumatikventilen in druckgekapselten Gehäusen angeordnet
sein. Zweckmäßigerweise
steuert die Schaltbewegung des Aktors die Pneumatikzufuhr zum Pneumatikaktor.
Hierzu können
bei der besonders bevorzugten Ausgestaltung erfindungsgemäßer Steuerventile
piezoelektrische Aktoren, insbesondere Piezobiegewandler, oder auch
elektromagnetische Aktoren verwendet werden.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen.
In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch in einem Schaltbild
den Aufbau eines erfindungsgemäßen, mehrstufigen Steuerventils
mit pneumatischer und hydraulischer Pilotstufe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 schematisch in einem Schaltbild
den Aufbau eines erfindungsgemäßen mehrstufigen Steuerventils
mit pneumatischer Pilotstufe und hydraulischer Hauptstufe,
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3 schematisch in einer Schnittansicht durch
einen Ventilblock die Anordnung der einzelnen Stufen des Ventils
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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4 eine Draufsicht auf den
Ventilblock aus 3;
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5 schematisch in einer Schnittansicht durch
einen Ventilblock die Anordnung der einzelnen Stufen des Ventils
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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6 schematisch für einen
Schildausbau die Pneumatik- und Hydraulikversorgung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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7 schematisch für einen
Schildausbau die Pneumatik- und Hydraulikversorgung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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8 schematisch für einen
Schildausbau die Pneumatik- und Hydraulikversorgung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
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9 schematisch für einen
Schildausbau die Pneumatik- und Hydraulikversorgung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel;
und
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10 schematisch für einen
Schildausbau die Pneumatik- und
Hydraulikversorgung gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel.
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Das
in 1 insgesamt mit 10 bezeichnete mehrstufige
Steuerventil umfasst ein hydraulisches, als 3/2-Wegeventil ausgeführtes Hauptsteuerventil 1 mit
einem Anschluß an
eine Verbraucherleitung 2, einem Anschluß an eine
Rücklaufleitung 3 und
einem Anschluß für eine Hochdruckleitung 4,
die an eine hydraulische Druckversorgungsquelle 5 angeschlossen ist.
Im gezeigten Schaltungszustand ist die Verbraucherleitung 2 an die
Rücklaufleitung 3 angeschlossen und
die Hochdruckleitung 4 ist gegenüber dem Verbraucher bzw. der
Verbraucheranschlußleitung 2 abgesperrt.
Der nicht dargestellte und gegen die Rückstellkraft der Feder 6 zu
betätigende
Schließkörper des
hydraulischen Hauptsteuerventils 1 wird mit einem hydraulischen,
insgesamt mit 11 bezeichneten Vorsteuerventil angesteuert.
Das hydraulische Vorsteuerventil 11 umfasst einen Anschluß an eine Rücklaufleitung 13,
einen Anschluß an
die mit der hydraulischen Druckmittelversorgung verbundene Hochdruckleitung 14 sowie
einen Anschluß an
eine Arbeitsleitung 12, die zum Schließkörper des Hauptsteuerventils 1 führt, um
den Schließkörper des
dem hydraulischen Pilotsteuerventils nachgeschalteten Hauptsteuerventils 1 in
die entsprechend andere Schaltstellung zu bewegen, bei der die Hochdruckleitung 4 an
die Verbraucherleitung 2 angeschlossen ist. Auch der Schließkörper des
Vorsteuerventils 11 muss gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 16 bewegt
werden. Das Schalten des Schließkörpers des
Hauptsteuerventils 1 mit dem Versorgungsdruck in der Arbeitsleitung 12 erfolgt über einen
geeigneten Druckmittelwandler 17 wie beispielsweise einem
hydraulisch beaufschlagten Schaltkolben oder Schaltstößel.
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Zum
Schalten des hydraulischen Vorsteuerventils 11 ist diesem
ein insgesamt mit 20 bezeichnetes Pneumatikventil vorgeschaltet,
welches einen Anschluß für eine zu
einer pneumatischen Druckversorgung bzw. Druckquelle 25 führende Druckleitung 24,
einen Anschluß an
eine Auslaßleitung 23 und
einen Anschluss für
eine Verbraucherleitung 22 aufweist. In der Verbraucherleitung 22 ist
ein pneumatischer Druckmittelwandler 27, vorzugsweise ein Pneumatikkolben
als Aktuator für
das hydraulische Vorsteuerventil 11 der Vorsteuerventilstufe
vorgesehen. Das Pneumatikventil 20 wird mit einem elektrischen
Aktor 30 wie beispielsweise einem Elektromagnetanker oder
einem Piezobiegewandler geschaltet und der Aktor 30 der
Pneumatikven tilstufe 20 bildet den einzigen elektrischen
Verbraucher des mehrstufigen Steuerventils 10. Die Leistungsaufnahme
des Aktors 30 zum Ansteuern des Pneumatikventils 20 ist sowohl
in der Zuschaltphase, in der, ausgehend von dem dargestellten Schaltzustand
die Verbraucherleitung 22 an die Pneumatikleitung 24 angeschlossen wird,
um über
den Druckmittelwandler 27 den Schließkörper des hydraulischen Vorsteuerventils 11 zu
betätigen,
als auch in der Haltephase wesentlich geringer als die elektrische
Leistungsaufnahme eines Aktors, mit dem wie im Stand der Technik
ein hydraulisches Vorsteuerventil unmittelbar geschaltet wird. So
ist es beispielsweise mit piezoelektrischen Aktoren 30 möglich, bei
Schaltzeiten von 2 bis 4 ms und einer Druckversorgung des Pneumatikventils 20 mit etwa
6 bis 8 bar in der Zuschaltphase nur etwa 480 mW und in der Haltephase
nur etwa 7 mW zu verbrauchen. Der Druckmittelwandler 27 am
Arbeitsanschluß des
Pneumatikventils 20 besteht vorzugsweise aus einem kurzhubigen
Pneumatikkolben, welcher federrückgestellt
sein kann, um die im untertägigen
Bergbau geforderte Totmannfunktion zu verwirklichen. Alternativ
kann es sich um einen Plungerzylinder oder einen Balgzylinder handeln,
der dann durch die Rückstellkraft
des hydraulischen Vorsteuerventils 11 zurückgestellt
wird. Beim Ausführungsbeispiel nach 1 besteht die Vorsteuerventilstufe
sowohl aus dem Pneumatikventil 20 mit integriertem bzw. nachgeschaltetem
Pneumatikkolben als auch dem hydraulischen Pilotsteuerventil 11.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen mehrstufigen
Steuerventils 110 mit einem Pneumatikventil 120,
dessen Aufbau identisch zu dem Aufbau des Pneumatikventils 20 aus 1 ist. Das Pneumatikventil 20 wird
mit einem elektrische Leistung aufnehmenden Aktor 130 betätigt, um
zum Schalten einer insgesamt mit 101 bezeichneten Hauptsteuerventilstufe
Pneumatikdruck von der Pneumatikdruckversorgung 125 über die
Hochdruckleitung 124 und den Verbraucheranschluß 122 dem
Druckmittelwandler 117 als Aktuator für die Hauptsteuerventilstufe 101 zuzuführen. Das Hauptsteuerventil 101 weist
wiederum einen Anschluß an
eine Hochdruckleitung 104 auf, die zu einer hydraulischen
Druckversorgung 105 führt,
einen Anschluß an
eine Verbraucherleitung 102 auf, die zu einem hydraulischen
Verbraucher wie beispielsweise einem Hubstempel oder einem Stellzylinder
eines hydraulischen Schildausbaugestells führt, und einen Anschluß an eine
hydraulische Rücklaufleitung 103 auf,
die zu einem schematisch gezeigten Rücklauftank 107 führt. Beim
mehrstufigen Steuerventil 110 wird mithin das hydraulische
Hauptsteuerventil 101 unmittelbar mit dem Aktuator 117 des
Pneumatikventils 120 angesteuert und geschaltet. Der Druckmittelwandler 117 des
Pneumatikventils 120 kann auch hier aus einem Pneumatikkolben
bestehen. Um mit einem Pneumatikkolben als Druckmittelwandler Aktuatorkräfte in der
Größenordnung
von etwa 100 N aufzubringen, kann sein Kolbendurchmesser bei einem
pneumatischen Versorgungsdruck von z.B. 6 bar etwa 15 mm betragen.
Durch die Rückstellfeder 106 für den Schließkörper des
hydraulischen Hauptsteuerventils kann auch bei dieser Ausgestaltung eine
insbesondere im untertägigen
Bergbau geforderte Totmannfunktion gewährleistet werden.
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Die
3 bis
5 zeigen vorteilhafte Anordnungen der
pneumatischen und hydraulischen Ventilstufen an einem Ventil- bzw.
Steuerblock, der an im untertägigen
Bergbau eingesetzten Schildausbaugestellen für eine zentrale Funktionssteuerung
montiert sein kann. Bei dem in den
3 und
4 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind in einem entsprechenden Steuerblock
50 für eine elektrohydraulische
Steuereinrichtung von untertägigen
Schildausbaugestellen insgesamt acht mehrfach gestufte Aufnahmebohrungen
51 angeordnet,
in denen jeweils das hydraulische Pilotsteuerventil und das hydraulische
Hauptsteuerventil in Patronenbauweise auf einer Linie angeordnet
sind. Die hydraulischen Ventilstufen sind in
3 insgesamt mit Bezugszeichen
53 versehen und
der Aufbau derartiger Pilot- und Hauptsteuerventile ist in der
DE 101 12 496 der Anmelderin,
auf die hierzu ausdrücklich
Bezug genommen wird, beschrieben. An der Stirnseite
52 des
Ventilblocks
50 sind die erfindungsgemäß vorgesehenen Pneumatikventile
20 zusammen
mit den zugehörigen
elektrischen Aktoren
30, mit denen die Pneumatikzufuhr zum
Pneumatikventil
20 gesteuert wird, angeordnet. Zwischen
dem Pneumatikventil
20 und den hydraulischen Ventilstufen
53 ist
jeweils ein Pneumatikkolben
27 als Druckmittelwandler angeordnet,
der sich hier außerhalb
des Ventilblocks
50 befindet. Der Pneumatikkolben
27 bildet,
wie bereits beschrieben, den pneumatisch beaufschlagbaren Aktuator
für die
dem Pneumatikventil
20 nachgeschalteten hydraulischen Ventilstufen
53.
Es versteht sich, dass für
jede hydraulische Ventilstufe
53 ein separates Pneumatikventil
20 mit
Aktor
30 und Pneumatikkolben
27 vorgesehen ist.
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Beim
Ausführungsbeispiel
in 5 weist der hydraulische
Steuerblock 150 wiederum acht mehrfach gestufte Aufnahmebohrungen 151 auf,
die hier eine zusätzliche
Stufe umfassen, um den der Pneumatikkolben 27 mit in den
Ventilblock 150 integrieren zu können. An der Stirnseite 152 des
Steuerblocks 150 sind mithin nur noch das Pneumatikventil 20 und der
zugehörige
Aktor 30 angeschlossen. Beide Ausführungsformen der Steuerblöcke 50 und 150 führen zu
einer äußerst kompakten
Bauform von elektrohydraulischen Steuereinrichtungen.
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Die 6 bis 10 zeigen mögliche Ausführungsformen für die bevorzugte
Verwendung der in den 1 bis 5 gezeigten mehrstufigen
Steuerventile und Steuerblöcke
in einem untertägigen Schildausbau.
Jeder Schildausbau umfasst eine Vielzahl nebeneinander angeordneter
und einen untertägigen
Abbauraum abstützender
Schilde, die in Abbaurichtung der weiter nicht darge stellten Gewinnungseinrichtung
zusammen mit dieser und dem für den
Abtransport der hereingewonnenen Abbaumaterialien vorgesehenen Förderers
vorgerückt
werden können.
Jeder Schild umfasst wenigstens einen Steuerblock entsprechend 3 oder 5 mit beispielsweise acht separat voneinander
schaltbaren hydraulischen Ventilstufen, um die hier nicht dargestellten
Schreitzylinder, Hubstempel oder Stellzylinder der einzelnen Schilde
unabhängig
voneinander betätigen
zu können.
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Beim
Ausführungsbeispiel
in 6 ist ein Schildausbaus 200 mit
zentraler, in einem oder in beiden Strebenden angeordneter pneumatischer
Druckmittelquelle gezeigt, wobei den erfindungsgemäßen mehrstufigen
Steuerventilen in den Steuerblöcken 50 eines
jeden Schildes 240 das Hydraulikfluid über eine hydraulische Druckleitung 204 bzw.
eine Rücklaufleitung 203 zu-
oder abgeführt
wird und das Pneumatikfluid über
eine pneumatische Druckleitung 224 zugeführt wird,
die sich über
die gesamte Streblänge
erstreckt. Die Druckleitung 224 für die pneumatische Druckversorgung
kann, wie dies für
Hydraulikleitungen bekannt ist, aus einem geeigneten, gepanzerten Schlauchkabel
bestehen.
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7 zeigt ein alternatives
Ausführungsbeispiel
für einen
Schildausbau 250 mit zentraler Pneumatikdruckversorgung,
bei der wiederum die erfindungsgemäßen Steuerventile in den einzelnen
Steuerblöcke 50 der
Schilde 290 über
eine alle Schilde 290 versorgende Hydraulikdruckleitung 254,
eine Rücklaufleitung 253 und
eine Pneumatikdruckleitung 274 versorgt werden. Um Druckschwankungen
des Pneumatikfluids aufgrund großer Leitungslängen zu kompensieren,
sind in bestimmten Abständen,
beispielsweise an jedem x-ten Schild 290, Druckluftbehälter 276 mit
ausreichend großen
Speicherkapazitäten
angeordnet. Alternativ könnte
auch jedes Schild bei einer zentralen Pneumatikdruckmittelversorgung mit
einem Druckmittelspeicher ent sprechend geringerer Speicherkapazität versehen
sein (nicht gezeigt).
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Bei
dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel
eines Schildausbaus 300 ist für die Steuerventile in den
Steuerblöcken 50 der
einzelnen Schilde 340 eine dezentrale Pneumatikdruckversorgung
vorgesehen. Die Steuerventile in den einzelnen Steuerblöcke 50 sind,
wie aus dem Stand der Technik bekannt, an eine Hydraulikdruckleitung 304 und
eine Rücklaufleitung 303 angeschlossen.
Zur Druckmittelversorgung der Pneumatikventile in den Steuerblöcken 50 ist
jedem Steuerblock 50 ein Druckluftspeicher 326 sowie ein
Drucklufterzeuger 325 zugeordnet. Hierbei kann es sich
beispielsweise um kontinuierlich fördernde Motor-Kompressor-Einheiten
handeln, mit denen hydraulische Energie in einen Druckluftstrom
umgewandelt wird. Die einzelnen Druckluftspeicher 326 verhindern übermäßige Schwankungen
des Pneumatikdruckes.
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Bei
dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel
für einen
Schildausbau 350 ist wiederum eine dezentrale Pneumatikdruckversorgung
realisiert. Sämtliche
Steuerventile in den Steuerblöcken 50 der einzelnen
Schilde 390 sind an eine Hydraulikdruckleitung 354 und
eine Rücklaufleitung 353 angeschlossen,
die mit beispielsweise im Strebendbereich angeordneten Hydraulikdruckerzeuger
verbunden sind. Jeweils einer Gruppe von Schilden 390 ist ein
dezentral angeordneter Pneumatikdruckerzeuger 375 zugeordnet,
der mit den Pneumatikventilen an den Steuerblöcken 50 der Schilde 390 über eine Pneumatikleitung 374 verbunden
ist. Zum Ausgleich von Druckschwankungen sind die die Pneumatikdruckerzeuger
tragenden Schilde 390 mit einem Druckmittelspeicher 376 geeigneter
Kapazität
versehen.
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Bei
dem in 10 gezeigten
Ausführungsbeispiel
eines Schildausbaus 400 mit einzelnen Schilden 440,
deren Steuerblöcke 50 mehrstufige Steuerventile
mit erfindungsgemäß vorgesehenen Pneumatikventilen
umfassen, wird die Druckmittelversorgung der Pneumatikventile über eine
am weiter nicht dargestellten Förderer
vorgesehene Druckluftleitung 424 sichergestellt, die an
einen zentral z.B. im Strebendbereich aufgestellten Drucklufterzeuger 425 angeschlossen
ist. Von der durch den gesamten Streb hindurchgeführten Pneumatikdruckleitung 424 führen einzelne
durch geeignete Absperrventile 433 absperrbare Stichleitungen 435 zu
einem Verzweigungs- und Schlauchsystem 438, mit dem die
Steuerblöcke 50 der
einzelnen Schilde 440 miteinander verbunden sind. Das Verzweigungs-
und Schlauchsystem 438 umfasst einzelne Druckmittelspeicher 436,
Absperrorgane 439 sowie pneumatische Verbindungsleitungen 437,
mit denen die Steuerblöcke 50 aller
Schilde 440 zwischen zwei benachbarten Stichleitungen 435 miteinander
verbunden sind. Im Falle eines Leitungsbruches kann bei dieser Ausgestaltung
durch eine Absperrung der jeweiligen Stichleitungen 435 und
einer Umgehung der Leckagestelle die Betriebsbereitschaft aller
Pneumatikventile in den Ventilblöcken 50 aufrechterhalten
werden.
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Für den Fachmann
ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung und den Unteransprüchen zahlreiche
Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden Schutzansprüche fallen
sollen.