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Umschaltventil zum wahlweisen Einschalten des Vor- oder Rücklaufantriebs
von Bohrstützen für den Untertagebetrieb Die Erfindung betrifft ein Umschaltventil
zum wahlweisen Einschalten des Vor- oder Rücklaufantriebes von Bohrstützen für den
Untertagebetrieb, wobei das Umschaltventil zwei mechanisch getrennte Ventilkörper
aufweist, die axial beweglich angeordnet sind.
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Von Hand betätigbare Umschaltventile, mittels deren wahlweise die
eine oder andere Arbeitskammer von Bohrstützen mit Druckmittel beaufschlagbar ist,
sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Diese Umschaltventile sind regelmäßig
so ausgebildet, daß sie den beiden Arbeitskammern das Druckmittel unter gleichhohen
Drücken wechselseitig zuführen. Für Bohrstützen, die in den verschiedenen Arbeitsrichtungen
mit unterschiedlichen Drücken betrieben werden, war es bisher üblich, jeder Arbeitskammer
ein besonderes Absperrventil zuzuordnen, wobei zumindest einem der Absperrventile
ein Druckminderventil nachgeschaltet ist, um den Arbeitsdruck des Druckmittels einregem
zu können. Die Absperrventile werden dabei entweder getrennt von Hand bedient, oder
sie sind so gekuppelt, daß eines der Absperrventile zwangläufig in die Geschlossenstellung
bewegt wird, wenn das andere geöffnet wird. Bei diesen Anordnungen ist es noch erforderlich,
besondere Entlüftungsventile vorzusehen, die jeweils diejenige Arbeitskammer der
Bohrstütze mit der Außenluft verbinden, nach welcher die Druckmittelzufuhr durch
das Absperrventil unterbrochen ist. Diese Entlüftungsventile können ebenfalls mit
den Absperrventilen gekuppelt sein.
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Es sind Umschaltventile zum Steuern von Arbeitszylindern mit zwei
mechanisch getrennten Ventilkörpern, die axial beweglich sind, bekannt, bei denen
die Ventilkörper wechselseitig schließen und öffnen, wobei der eine Ventilkörper
den Zufluß und der andere die Verbindung zwischen dem an den Arbeitszylinder angeschlossenen
Austrittsraum und einem ins Freie führenden Entlüftungskanal steuert. Diese für
allgemeine Zwecke bekannten Umschaltventile sind jedoch für Bohrstützen, deren Vorlauf
und Rücklauf mit unterschiedlichen Drücken angetrieben werden, nicht geeignet, da
sie nur Drücke gleicher Stärke umschalten können.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Umschaltventils, mittels
dessen die einzelnen Arbeitskammern für den Vorlauf- und Rücklaufantrieb einer Bohrstütze
mit Arbeitsmitteln unterschiedlicher Drücke wechselseitig beaufschlagt werden können
und mit welchen wechselweise gleichzeitig diejenige Arbeitskammer entlüftet wird,
nach welcher die Druckmittelzufuhr abgesperrt ist. Dies wird erfindungsgemäß in
erster Linie dadurch erreicht, daß in einem Ventilgehäuse, durch eine Dichtung getrennt,
zwei Kammern vorgesehen sind, die folgende Verbindungen herstellen: Die eine Kammer
verbindet eine Arbeitskammer für dem Rücklaufantrieb der Bohrstütze über einen Kanal
entweder, wenn der von einer Feder belastete Ventilkörper durch das Ende eines Schaftes
von seinem Sitz gehoben ist, über eine Kammer und einen Kanal mit dem Durckluftanschluß
oder, wenn dieser Ventilkörper auf seinem Sitz diese Verbindung schließt und eine
Bohrung im Schaft frei wird, über diese Bohrung und weitere Kanäle mit der Außenluft;
die andere Kamn*m verbindet durch einen Kanal eine Arbeitskammer für den Vorlaufantrieb
der Bohrstütze entweder, wenn der auf dem Schaft befestigte Ventilkörper auf seinem
einen Sitz liegt, über die weiteren Kanäle mit der Außenluft oder, wenn dieser Ventilkörper
auf seinem anderen Sitz liegt, über eine Kammer, einen Kanal; ein Druckminderventil
und einen weiteren Kanal mit dem Druckluftanschluß; dabei ist der mit einem Schraubengewinde
versehene Schaft in seiner Beziehung zu den Ventilkörpern so ausgebildet, daß stets
eine der Arbeitskammern mit der Druckluft, die andere mit der Außenluft verbunden
ist.
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In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens ist der am Schaft sitzende
Ventilkörper derjenigen Ventilkammer zugeordnet, die den Minderdruckraum des Druckminderventils
mit der Arbeitskammer für den Vorlaufantrieb der Bohrstütze verbinden kann; während
der federbelastete Ventilkörper derjenigen Ventilkammer zugeordnet ist, die den
Druckluftanschluß mit der Arbeitskammer für den Rücklaufantrieb der Bohrstütze,
verbinden kann.
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Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist noch darin zu sehen, daß ein Schaltspiel
in Form eines Spaltes zwischen dem unteren Ende des Schaftes und dein
federbelasteten
Ventilkörper vorgesehen ist. Durch dieses Schaltspiel wird die Entlüftung der mit
Minderdruck beaufschlagten Arbeitskammer der Bohrstütze vor der Freigabe der Druckmittelzufuhr
unter Speiseleitungsdruck nach der anderen Arbeitskammer der Bohrstütze sichergestellt.
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Die Erfindung wird an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung
ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 in ausführlicher Schnittdarstellung
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Umschaltventils, F i g. 2 einen
Schnitt durch das Umschaltventil gemäß F i g. 1 entlang der Linie II-II, während
F i g. 3 das erfindungsgemäße Umschaltventil in Verbindung mit einer Bohrstütze
für den Untertagebetrieb wiedergibt.
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Das Umschaltventil 36 (F i g. 3) ist entsprechend den F i g. 1 und
2 in einem Ventilgehäuse 1 angeordnet. Dieses Ventilgehäuse 1 ist
mit einem Druckluftanschluß 2 für die Druckmittelspeiseleitung versehen,
der über einen Kanal 3 mit einem Nippel 4 dauernd in Strömungsverbindung
steht, der in die Einlaßdruckkammer eines an sich bekannten Druckminderventils 5
mündet, welches über Verschraubungen 6 mit dem Ventilgehäuse 1 verbunden ist. Über
einen weiteren Kanal 7 ist der Druckluftanschluß 2 mit einer Kammer 8 verbunden,
die vom Ventilgehäuse 1
und von einer in dieses eingeschraubten Kappe 9 begrenzt
ist. Innerhalb der Kammer 8 ist ein Ventilkörper 10 verschiebbar gelagert
und wird unter der Kraft einer in der Kappe 9 abgestützten Feder 11 abdichtend
gegen einen Sitz 12 im Gehäuse 1 gedrückt. Dadurch wird die Kammer
8 gegen eine Kammer 13
innerhalb des Gehäuses 1 abgedichtet, von der
aus ein Kanal 14 an die Mantelfläche eines Anschlußkonus 38 für die Bohrstütze 31
(F i g. 3) geführt ist. Über den Kanal 14 steht die Kammer 13 des Umschaltventils
36 mit der Arbeitskammer 34 (F i g. 3) für den Vorlaufantrieb der Bohrstütze
31 in dauernder Verbindung. Das vom Sitz 12 des Ventilkörpers 10 abgewendete
Ende der Kammer 13 ist durch eine Dichtung 15, durch welche ein hohler Schaft
16 hindurchragt, gegen eine Kammer 17 abgedichtet, die durch einen Kanal
18 mit dem Minderdruckraum des Druckminderventils 5 in Dauerverbindung
steht.
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Der rohrförmige Schaft 16 trägt einen Ventilkörper
19, welcher einerseits mit einem Sitz 20 zusammenwirken kann und dann
die Kammer 17 gegen eine Kammer 21 abdichtet, die über einen Kanal
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mit der Arbeitskammer 35 für den Rücklaufantrieb der Bohrstütze
31 in dauernder Verbindung steht, und welcher andererseits mit einem Ventilsitz
23 zusammenwirken kann, der in einem in das Ventilgehäuse 1 eingeschraubten
Nippel 24 liegt und beim ; Abheben des Ventilkörpers 19 vom Sitz 23 die Kammer
21 mit einer Entlüftungskammer 25 im Nippel 24 verbindet, die dauernd durch Kanäle
26 mit der Außenluft verbunden ist. Die durch den hohlen Schaft 16 hindurchführende
Bohrung 27
mündet ebenfalls in die Kammer 25.
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Nahe dem oberen Ende des Schaftes 16 ist ein Schraubgewinde
28 angeordnet, welches mit einem Gegengewinde im Nippel 24 zusammenwirkt. Über einen
Flügelgriff 29 oder eine ähnliche Handhabe, die mit dem Schaft
16 verbunden, beispielsweise bei 30 verstiftet ist, kann der Schaft 16 im
Nippel 24 gedreht werden. Dadurch führt der Schaft 16 eine Axialbewegung
aus, bis der an ihm befestigte Ventilkörper 19 an einem der beiden Sitze
20 und 23 abdichtend zur Anlage kommt.
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Wenn der Ventilkörper 19, wie in F i g. 1 gezeigt, auf dem
Sitz 23 liegt, dann sperrt er die Verbindung zwischen der Kammer
21 und der Entlüftungskammer 25 ab, während er - da er vom Sitz 20 abgehoben
ist - die Kammer 17 mit der Kammer 21 verbindet. In dieser Schaltstellung steht
die Minderdruckkammer des Druckminderventils 5 mit der Arbeitskammer 34
für
den Vorlaufantrieb der Bohrstütze 31 in Strömungsverbindung, so daß diese in einer
vorbestimmten Arbeitsrichtung unter Minderdruck arbeitet.
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Die der unter Minderdruckeinwirkung stehenden Arbeitskammer 34 gegenüberliegende
Arbeitskammer 35 der Bohrstütze ist durch den Kanal 14 und die Kammer 13 mit der
Entlüftungskammer 25 verbunden, da in dieser Schaltstellung das untere Ende des
Schaftes 16 von der Stirnfläche des Ventilkörpers 10
abgehoben ist
und so eine Verbindung zwischen dem Kanal 27 und der Kammer 13 besteht.
Die Kammer 8 ist gegen die Kammer 13 durch den Ventilkörper
10
abgedichtet, da dieser unter der Kraft der Feder 11
und unter dem
Zuflußdruck des Druckmittels gegen den Sitz 12 gedrückt wird.
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Durch Betätigung des Flügelgriffes 29 kann der Schaft 16 mit
dem Ventilkörper 19 so bewegt werden, daß sich der letztere vom Sitz 23 abhebt
und gegen den Sitz 20 dichtend anlegt. Die Verbindung zwischen dem Minderdruckraum
des Druckminderventils 5 und der mit Minderdruck beaufschlagten Arbeitskammer
34 für den Vorlaufantrieb der Bohrstütze 31 wird somit unterbrochen,
während diese Arbeitskammer 34 über die Kammer 25 entlüftet wird.
Nach Überwindung des zwischen dem unteren Schaftende und der Stirnfläche des Ventilkörpers
10
befindlichen Spaltes wird die Verbindung des Kanals 27 mit der Kammer 13
unterbrochen, und im Verlauf der weiteren Bewegung des Schaftes 16 wird der
Ventilkörper 10 entgegen der Kraft der Feder 11 vom Sitz
12 abgehoben. Die Kammer 8 und somit die Speiseleitung der Druckmittellieferquelle
werden mit der Kammer 13 verbunden, und das Druckmittel kann durch den Kanal
14 in die Arbeitskammer 35
für den Rücklaufantrieb der Bohrstütze
31 einströmen.
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F i g. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Umschaltventils
36 bei einer Bohrstütze für den Untertagebetrieb. Die Bohrstütze
31 stützt über ein Gelenk 32 den Bohrhammer 33 ab. Da das Bohrwerkzeug
(nicht dargestellt) immer weiter in das Gebirge eindringt, muß die Bohrstütze
31 kontinuierlich verlängert werden, was in bekannter Weise durch teleskopartiges
Ausziehen der Bohrstütze 31 erfolgt. Diesen Vorlaufantrieb bewirkt der durch
das Druckminderventil 5 eingestellte Minderdruck (etwa 2 atü) in der oberhalb
eines Kolbens 37 befindlichen Arbeitskammer 34 der Bohrstütze
31. Beim Umschalten des Umschaltventils 36 auf Rücklaufantrieb wird,
wie beschrieben, die Zuführung des Minderdruckes nach der Arbeitskammer
34 unterbrochen und die unterhalb des Kolbens 37 befindliche Arbeitskammer
35 mit dem vollen Druck (etwa 6 atü) am Druckluftanschluß 2 beaufschlagt.
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Es ist ersichtlich, daß durch das erfindungsgemäße Umschaltventil36
eine Umsteuerung der Bohrstütze von Vorlauf- auf Rücklaufantrieb und umgekehrt
auf
einfache Art und Weise möglich ist und ein Nachsetzen der Bohrstütze 31 in Richtung
auf das immer weiter in das Gebirge eindringende Bohrwerkzeug ohne Anstrengung und
fast selbsttätig erfolgen kann, wobei während dieses Vorganges die Einstellung des
mit dem erfindungsgemäßen Umschaltventil 36 zusammenwirkenden Druckminderventils
nicht verändert zu werden braucht.