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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilpatrone für ein Ventil
mit Differenzansteuerung, insbesondere zur Anwendung in eigensicherer
Umgebung, beispielsweise zum Schalten von Schreit- oder Eckzylindern
im Untertagebau.
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Hydraulische
Ventile zur Steuerung von Bergbauhydraulik umfassen üblicherweise
ein Gehäuse,
eine Betätigungseinrichtung
mit einem Elektromagneten und einem manuellen Betätigungselement,
wobei das Betätigungselement
eine Vorderseite des Ventils definiert, sowie ein Vorsteuerventil
und ein Hauptsteuerventil. Das Hauptsteuerventil weist dabei eine
Ventilpatrone auf, die in das Gehäuse eingesetzt ist.
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Grundsätzlich werden
Ventile für
Wasserhydraulik im Untertagebau in drei unterschiedlichen Technologien
angeboten. So gibt es O-Ring-Schieberventile,
Sitzventile mit einem hydraulischen Kurzschluss während des
Schaltvorgangs oder Sitzventile ohne hydraulischen Kurzschluss jedoch
mit einem Rückschlagventil
zwischen P und A. Um für
Zylinder mit weniger Kraft, aber auch mit geringerem Bedarf an Druckmittel
anzusteuern, wird die Differenzansteuerung benutzt. Hierbei wird
sowohl die Kol benfläche
wie auch die Ringfläche
des Zylinders mit Druck beaufschlagt. Der Zylinder drückt dann
mit der Querschnittsfläche
der Kolbenstange.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte und besonders servicefreundliche
Ventilpatrone für
ein Ventil mit Differenzansteuerung zu schaffen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Aufgrund
des erfindungsgemäß vorgesehenen
Mitnehmers kann der Steuerkolben vor Erreichen des Dichtsitzes am
Ventilkolben anschlagen und diesen mit erhöhter Kraft mitnehmen. Hierdurch wirkt
beim Öffnen
des Ventils der Außendurchmesser des
Steuerkolbens als wirksamer Außendurchmesser
des Ventilkolbens. Aufgrund der Farbmarkierung kann sehr schnell
und sicher erkannt werden, um welchen Typen von Patrone es sich
handelt, so dass bei Montage und Service Zeit und Kosten eingespart werden
können.
Auch kann mit größerer Sicherheit ausgeschlossen
werden, dass versehentlich falsche Patronen montiert oder ausgetauscht
werden, was insbesondere unter Tage von großer Bedeutung ist.
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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 der Mitnehmer derart ausgebildet sein, dass eine Mitnahme des
jeweils anderen Kolbens bei Bewegung in einer Richtung, nicht aber
bei einer Bewegung in einer dazu entgegengesetzten Richtung erfolgt.
Hierdurch sind Ventilkolben und Steuerkolben voneinander entkoppelt,
wobei jedoch beispielsweise der Steuerkolben den Ventilkolben bei
Druckbeaufschlagung mitnimmt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Mitnehmer
ein an dem Ventilkolben vorgesehener Ringflansch sein, wobei der
Steuerkolben vorzugsweise einen scheibenförmigen Fortsatz aufweist, dessen
Außenumfang
dem Innenumfang des Ringsflansches entspricht. Auf diese Weise kann
der scheibenförmige
Fortsatz das Innere des Ringflansches nahezu vollständig ausfüllen, so
dass die wirksame Gesamtkolbenfläche
der Summe der Flächen
von scheibenförmigem
Fortsatz und Ringflansch entspricht.
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Nach
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist für den Ventilkolben
eine Zwischenposition vorgesehen, in der dieser eine Rücklauföffnung im
Patronengehäuse
vollständig
verschließt,
ohne jedoch diese Öffnung
bereits abgedichtet zu verschließen. Auf diese Weise ist der
hydraulische Kurzschluss innerhalb der Ventilpatrone bereits beseitigt,
so dass die Verbindung zu P öffnen kann.
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Eine
besonders vorteilhafte Ventilpatrone für das oben beschriebene Ventil
kann so ausgebildet sein, dass – abgesehen
von Dichtmitteln wie beispielsweise O-Ringen oder Dichtsitzen – ausschließlich zwei
Patronengehäusehälften vorgesehen
sind, die miteinander verschraubbar sind, wobei in dem Patronengehäuse lediglich
ein Ventilkolben und ein Steuerkolben sowie eine Kolbenfeder angeordnet sind.
Eine derartige Ventilpatrone ist nicht nur besonders einfach herzustellen
und zu montieren. Zusätzlich
bildet die fertig montierte Ventilpatrone eine eigenständig handhabbare
Einheit, die als solche in das Ventil eingesetzt oder aus dem Ventil
entnommen werden kann. Mit anderen Worten muss der Bergmann beim
Austausch der Ventilpatrone lediglich ein einziges Bauteil aus dem
Ventilgehäuse
entfernen und wieder in das Ventilgehäuse einsetzen.
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Eine
weitere Vereinfachung der Bauweise ergibt sich, wenn in dem Patronengehäuse ein
einziger Dichtsitzring, insbesondere aus einem Elastomermaterial,
vorgesehen ist, der als Dichtsitz sowohl für den Ventilkolben wie auch
für den
Steuerkolben dient. Auf diese Weise ist die Anzahl der verwendeten
Bauteile weiter reduziert und die Herstellung wie auch die Montage
vereinfacht.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften
Ausführungsform
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Ventilpatrone; und
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2–5 verschiedene
Schaltstellungen der Ventilpatrone von 1.
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1 zeigt
eine Ventilpatrone 70 eines Ventils für Differenzansteuerung, die
ein zweiteiliges Patronengehäuse
aufweist, das aus zwei miteinander verschraubbaren Gehäusehälften 72 und 74 besteht. Im
Inneren des Patronengehäuses 70 ist
verschiebbar ein Steuerkolben 76 angeordnet, der hülsenartig ausgebildet
ist und das vordere Ende eines Ventilkolbens 78 in sich
aufnimmt. Das vordere Ende des Ventilkolbens 78 ist dichtend
im Innern des hohlen Steuerkolbens 76 aufgenommen. Im hinteren
Bereich des Ventilkolbens 78 ist eine Sackbohrung 80 vorgesehen,
die über
Durchflussöffnungen 82 eine Verbindung
zum Außenumfang
des Ventilkolbens 78 herstellt.
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Der
Ventilkolben 78 ist durch eine Feder 84 in seiner
Ruhestellung gehalten, in der ein Dichtabschnitt 86 des
Ventilkolbens 78 an einem Dichtsitzring 88 anliegt.
Der Dichtsitzring 88 besteht aus einem Elastomermaterial und
ist in einer ringförmigen Aussparung
zwischen der ersten Gehäusehälfte 72 und
der zweiten Gehäusehälfte 74 des
Patronengehäuses
gehalten.
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An
dem Steuerkolben 76 ist ein Mitnehmer für den Ventilkolben 78 vorgesehen,
der beim dargestellten Ausführungsbeispiel
durch einen in Richtung der Mittelachse vorstehenden Ringflansch 90 gebildet
ist. Ferner weist der Steuerkolben 76 einen scheibenförmigen Fortsatz 92 auf,
dessen Außenumfang dem
Innenumfang des Ringflansches 90 entspricht. Wenn somit
der Steuerkolben 76 an dem Ventilkolben 78 anschlägt (vgl.
beispielsweise 2), so bilden beide Kolben gemeinsam
eine effektive Kolbenfläche,
die der Querschnittsfläche
der Führungsbohrung
entspricht, in welcher der Steuerkolben 76 gleitet.
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Es
sei bemerkt, dass der Mitnehmer nicht notwendigerweise an dem Steuerkolben
oder an der dargestellten Seite des Steuerkolbens vorgesehen sein
muss.
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1 zeigt
die Ruhestellung des Ventils, in der sich der Ventilkolben 78 und
der Steuerkolben 76 in der dargestellten Ausgangsposition
befinden. Der Ringflansch 90 des Steuerkolbens 76 schlägt hierbei am
Boden der ersten Gehäusehälfte 72 an.
Hierbei ist die mit dem Bezugszeichen S versehene Bohrung mit einer
Steuerleitung A eines Vorsteuerventils in Verbindung, wohingegen
die mit dem Bezugszeichen R versehenen Öffnungen mit dem Rücklauf in
Verbindung stehen. Die mit dem Bezugszeichen P versehenen Öffnungen
sind mit Hochdruck in Verbindung. Der Anschluss im Bereich des Bezugszeichens 90 ist mit
dem A-Anschluss des Ventils verbunden.
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Wenn
sich das Vorsteuerventil öffnet
und Hochdruck P in die Steuerleitung S gelangt, wird die Bohrung 94 unter
Hochdruck gesetzt, so dass sich zunächst der Steuerkolben 76 nach
links bewegt, bis dieser die in 2 dargestellte
Position einnimmt. In dieser Position ist der Rücklauf R durch den Steuerkolben 76 bereits
geschlossen, ohne dass jedoch der Steuerkolben 76 an dem
Dichtsitzring 88 dichtend anliegt. Hierdurch ist der hydraulische
Kurzschluss zwischen A und R beseitigt, so dass bei weiterer Druckbeaufschlagung
der Ventilkolben 78, der jetzt vollständig am Ringflansch 90 des
Steuerkolbens 76 anliegt, nach links bewegt wird, so dass
die Verbindung zwischen A und P öffnet. 3 zeigt,
dass bei weiterer Druckbeaufschlagung der Steuerkolben 76 am
Dichtsitzring 88 dichtend anliegt, so dass die Verbindung
zu dem Rücklauf
R nunmehr abgedichtet verschlossen ist, wobei die Verbindung zu
P mit großer
Kraft geöffnet
wurde. Wenn die Druckdifferenz weiter ansteigt und der Durchfluss
steigen sollte, so zeigt 4, dass das Ventil noch weiter öffnet, indem der
Ventilkolben 78 weiter nach links bewegt wird, bis der
Dichtabschnitt 86 des Ventilkolbens 78 am Gehäuse 74 anschlägt. In dieser
vollständig
geöffneten Stellung,
die in 4 gezeigt ist, liegt der Ventilkolben 78 nicht
mehr am Ringflansch 90 des Steuerkolbens an. Wenn der Druck
P den Ausgang A erreicht hat, bleibt das Ventil geöffnet, wie 5 zeigt.
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Das
Bezugszeichen 96 bezeichnet eine in der Gehäusehälfte 74 ausgebildete
Dämpfungstasche,
um ein hartes Anschlagen des Ventilkolbens 78 abzudämpfen. Hierzu
ist neben der Dämpfungstasche 96 im
Gehäuse
eine Umströmtasche 97 vorgesehen,
durch die das Hydraulikmedium entweichen kann.
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In
gleicher Weise bezeichnet das Bezugszeichen 98 ein Dämpfungsvolumen,
das durch den Ringspalt am Außenumfang
des scheibenförmigen Fortsatzes 92 gebildet
wird. Hierdurch ist ein hartes Anschlagen des Steuerkolbens 76 an
den Ventilkolben 78 verhindert, da das Hydraulikmedium
durch den sich verringernden Spalt zwischen Ventilkolben und Steuerkolben
im Bereich zwischen Ringflansch 90 und scheibenförmigem Fortsatz 92 strömen muss, der
in 4 erkennbar ist.
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Die
in den Figuren dargestellte Ventilpatrone ist mit der offenen Seite
des Ventilkolbens 78 voran in eine Bohrung eines (nicht
dargestellten) Ventilblocks eingeschraubt, so dass im Wesentlichen
nur die in den Figuren rechte Stirnseite der ersten Gehäusehälfte 72 sichtbar
ist. Um die Identifizierung der Ventilpatrone als Ventil mit Differenzansteuerung
zu erleichtern, ist die von außen
erkennbare Stirnseite der Ventilpatrone mit einer Farbmarkierung
versehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um eine Farbplatte 99, die in eine Sackbohrung 95 eingeklebt,
eingelötet
oder eingepresst ist, die in der ersten Gehäusehälfte 72 vorgesehen
ist. Auf diese Weise ist die Farbplatte 99 einerseits von außen leicht
erkennbar, andererseits jedoch innerhalb der Sackbohrung 95 geschützt, so
dass ein Verschmutzen der Farbplatte weitgehend ausgeschlossen ist.
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Das
Material der Farbplatte 99 kann Metall oder Kunststoff
sein.
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- 70
- Ventilpatrone
- 72
- erste
Gehäusehälfte
- 74
- zweite
Gehäusehälfte
- 76
- Steuerkolben
- 78
- Ventilkolben
- 80
- Sackbohrung
- 82
- Durchflussöffnungen
- 84
- Feder
- 86
- Dichtabschnitt
- 88
- Dichtsitzring
- 90
- Ringflansch
- 91
- Ausgang
- 92
- scheibenförmiger Fortsatz
- 94
- Bohrung
- 95
- Sackbohrung
- 96
- Dämpfungstasche
- 97
- Umströmtasche
(Überströmkammer)
- 98
- Dämpfungsvolumen
- 99
- Farbplatte
- A
- Ausgang
- P
- Hochdruck
- R
- Rücklauf
- S
- Steuerleitung