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"Hydraulische St euerventileinrichtung für einen hydraulischen Servomotor,
insbesondere zur Steuerung des Druckmittels hydraulischer Zylinder im untertägigen
Strebausbau" Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerventileinrichtung für
einen hydraulischen Servomotor, inabesondere zur Steuerung des Druckmittels hydraulischer
Zylinder im untertägigen Strebausbau, deren Hauptventile von Vorsteuerventilen mit
einem die Zufuhr von Druckmittel zum Hauptventil sperrenden Sperrkörper gesteuert
werden,
wobei der Sperrkörper durch Federkraft auf einen zugeordneten
Ventilsitz gepreßt ist und bei Betätigung des Vorsteuerventils vom Ventilsitz abhebt
sowie die Zufuhr von Druckmittel zum Hauptventil freigibt.
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Derartige Einrichtungen werden in zunehmendem Maße zusammen mit Strebausbauelementen
eingesetzt, deren Zylinder von einem hydraulischen Druckmittel betätigt werden,
das z.B. von einer zentralen Druckmittelversorgung geliefert wird. Der Fluß des
Druckmittels zu den einzelnen Zylindern wird durch die Hauptventile gesteuert, die
wegen der hohen Drücke des hydraulischen Druckmittels von den Vorsteuerventilen
gesteuert werden. Diese Vorsteuerventile können z.B. mit Druckluft betrieben werden,
die den Vorteil hat, daß die mit ihr betriebenen und betätigten Geräte eigensicher
sind.
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Bei bekannten Einrichtungen sind Vorsteuerventil und Hauptsteuerventil
so miteinander gekoppelt, daß ein Teilstrom des Druckmittels durch Kanäle des Vorsteuerventils
zu einem Arbeitsraum des Hauptsteuerventils geleitet wird, das bei entsprechender
Betätigung den Hauptstrom des Druckmittels zu den Zylindern freigibt.
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Wegen der unterschiedlichen Aufgaben von Vorsteuerventil und Hauptsteuerventil
und der sich daraus ergebenden unterschiedlichen Strömungsmengen, die durch das
jeweilige Ventil fließen, weist insbesondere das Vorsteuerventil geringere Strömungsquerschnitte
als das
Hauptsteuerventil auf. Deswegen reagiert das Vorsteuerventil
empfindlicher auf Verunreinigungen des Druckmittels, die zu Störungen des Funktionsablaufs
führen können. So wird z.B. die Zufuhr von Druckmittel zum Hauptsteuerventil nicht
vollständig unterbrochen, wenn sich auf dem Sperrkörper bzw. dem Ventilsitz des
entsprechenden Kanals im Vorsteuerventil Verschmutzungen absetzen, die verhindern,
daß der Sperrkörper abdichtend auf seinem Ventilsitz aufliegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen störungsfreien Betrieb der Einrichtung,
insbesondere des Vorsteuerventils zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Sperrkörper einen Zapfen
aufweist, der sich mit den Durchtritt von Druckmittel zulassenden Spiel durch eine
Blende in einen an den Ventilsitz anschließenden und zur Pumpe führenden Kanal oder
Raum erstreckt.
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Dadurch wird erreicht, daß bei geöffnetem Vorsteuerventil, d.h., wenn
der Sperrkörper von seinem Ventilsitz abgehoben ist, ausreichende Mengen hydraulischen
Druckmittels zur Steuerung des Hauptventils in dieses einströmen können, daß jedoch
gröbere Schmutsteilchen, die von dem Druckmittel mitgeführt werden, vor dem Spalt
zurückgehalten werden. Selbst wenn Schmutzteilchen in den Spalt eindringen und sich
dort festsetzen, werden sie bei der nächsten Betätigung des Vorsteuerventils
wieder
gelöst, weil der Zapfen die gleiche Bewegung wie der Sperrkörper ausführt und sich
dabei in der Blende hin- bzw. herbewegt, so daß eine Selbstreinigung des Spaltes
zwischen Zapfen und Blende erfolgt. Die zurückgehaltenen gröberen Schmutzteilchen
können nicht mehr in das Vorsteuerventil gelangen und dessen Funktion stören.
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Zweckmäßig ist der Zapfenteil eines Federtellers, an den sich das
eine Ende einer mit dem anderen Ende an der Blende abgestützten und den Zapfen umschließenden
Schraubenfeder abstützt. Das ermöglicht einen platzsparenden und strömungsgünstigen
Aufbau, der sich ohne Schwierigkeiten in einer zylinderischen Bohrung eines Ventilgehäuses
unterbringen läßt.
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Der Federteller kann mit dem Sperrkörper einstückig ausgebildet sein,
vorzugsweise sollte der Sperrkörper eine Kugel sein, die auf der dem Ventilsitz
zugewandten Seite des Federtellers aufliegt. Das hat den Vorteil, daß Sperrkörper
und Federteller bzw. Zapfen unabhängig voneinander beweglich sind, wodurch einerseits
die Reinigungswirkung des Zapfens bei der Hin- und Herbewegung in der Blende verbessert
wird und anderseits die Kugel die Jeweils günstigste Posititon für eine Abdichtung
auf dem Ventilsitz einnehmen kann.
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Ein iusfübrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung dargestellt; es zeigen:
Fig. 1 teilweise einen Schnitt
durch ein 4/4 Wege-Sitzventil, Fig. 2 das Ventil nach Fig. 1 in anderer Schaltstellung,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des sich durch die Blende erstreckenden Zapfens.
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Aufbau des Ventils: Das in Fig. 1 dargestellte Ventil ist aus zwei
Hauptelementen, dem Vorsteuer- oder auch Pilotventil 1 und dem eigentlichen Wege-Sitzventil
oder Hauptsteuerventil 2 zusammengesetzt.
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Der innere Aufbau ist in Bezug auf die Anordnung der Ventileinsätze
symmetrisch dargestellt. Beide Hauptelemente - in diesem Ventil zweimal verwendet
- sind nach Darstellung in Fig. 1 in einem Gehäuse 4 zu einer Einheit zusammengefaßt
und über Verbindungskanäle und -rEume 3 miteinander verbunden.
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Für die Beschreibung von Aufbau und Arbeitsweise ist nur die linke
Hälfte in den Fig. 1 und 2 im Schnitt gezeichnet.
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Das Vorsteuerventil 1 mit kleiner Nenngröße besteht im einzelnen aus
zwei Kugeln 1.1 und 1.2 als Sperrkörper,
den Ventilsitzen 1.3 und
1.4, der Druckfeder 1.5, die über den Federteller mit Zapfen 1. aiil I untere Kugel
1.2 wirkt, und die sich auf dem Boden der Distanzbuchse 1.16 abstützt, sowie dem
Stößel 1.6 der in der Mittelbuchse 1.8 geführt ist und dem Stößel 1.9, der oben
den Scheibenkolben 1.10 für die pneumat.
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Betätigung aufnimmt und auf der anderen Seite (Kugelseite) einen Schieberteil
1.11 aufweist. Der Stößel 1.9 ist in einer Führungsbuchse 1.12 geführt. Der ganze
Vorsteuerventileinsatz wird von der Verschraubung 1.13 gehalten.
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Um das Ventil bei Bedarf auch manuell betätigen zu können, wurde ein
als Blattfeder ausgebildeter Hebel 1.14, der im Drehpunkt 1.15 gelagert ist, vorgesehen.
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Unter dem Scheibenkolben 1.10 ist zusätzlich eine Druckfeder 1.17
angeordnet, die bei Entlastung des im Raum 3.1 anstehenden pneumat. Steuerdruckes,
sowohl den Scheibenkolben 1.10 als auch den mit diesem kraftschlüssig verbundenen
Stößel 1.9, unabhängig vom Jeweils im Raum 3.2 anstehenden hydraul.
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Druck und der Kraft der Druckfeder 1.5, in die Ausgangs- bzw. Nullstellung
bewegt.
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Das Hauptventil 2 setzt sich im einzelnen zusammen aus dem Ventilkolben
2.1, der oberen Führungsbuchse 2.2 und der unteren Führungsbuchse 2.3, den Ventilsitzen
2.4 und 2.5 sowie der Mittelbuchse oder auch Interne 2.6, dem Zwischenring 2.7,
der Druckfeder 2.8, die über den Federteller 2.9 den Ventilkolben 2.1 in
einer
bestimmten Stellung - der Ausgangsstellung -hält, und zwar unabhängig davon, ob
im Raum 3.4 Druck ansteht oder nicht. Die gesamten vorstehend genannten Teile des
Hauptventils 2 bilden einen Ventileinsatz, der in die Bohrung des Gehäuses 4 eingebaut,
von dem Ventildeckel 2.10 gehalten, bzw.
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axialspielfrei verspannt wird. der Ventildeckel 2.10 beinhaltet gleichzeitig
den Raum 3.3.
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In diesem Raum 3.3 tritt nach Schalten des Vorsteuerventils 1 die
Flüssigkeit für die hydr. Steuerung des Ventilkolbens 2.1 ein.
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In der Mitte des Ventilkolbens 2.1 ist der Sperrkörperteil 2.11 mit
den Dichtkegeln 2.12 und 2.13 angeordnet.
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Vor diesen Dichtkegeln befinden sich schieberähnliche Ansätze 2.14
und 2.15, die beim Durchschalten eine nahezu posititve Schaltüberdeckung bewirken.
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Die beiden Führungsschäfte des Ventilkolbens 2.1 sind mit unterschiedlichen
Durchmessern ausgeführt. Der Durchmesser des Führungsschaftes 2.16 ist kleiner als
der druckfederseitige Führungsschaft 2.17. Beide Führungsschäfte sind in ihren Führungsbuchsen
2.2 und 2.3 mittels geeigneter Dichtelemente 2.18 und 2.19 zu den Bäumen 3.3 und
3.4 hin abgedichtet. Der Ventilkolben 2.1 ist im Bereich zwischen Führungsschaft
2.17 und schieberähnlichem Ansatz 2.15 druckausgeglichen.
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Der Raum 3.4 ist über die Bohrung 2.20 und die Drossel 2.21 im Ventilkolben
2.1, sowie über Raum 3.5, Kanal 3.6 und Raum 3.7 mit der Pumpe oder dem Hochdruck-Versorgungsnetz
verbunden. Im Bypass dazu steht Raum 3.2 über Kanal 3.8 mit dem bei "P" anstehenden
Druck in Verbindung.
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Arbeitsweise des Ventils: Schaltungstechnisch befindet sich das in
Fig. 1 dargestellte Ventil in Ausgangs- oder Nullstellung. Hierbei ist der Stempel-
oder Zylinderanschluß "A" über Raum 3.9, Ringspalt 3.10 und Raum 3.11 mit dem Tankanschluß
T verbunden.
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Der Raum 3.3 des Hauptventils 2 ist dabei über Kanal 3.12, Raum 3.13,
Ringspalte 3.14, 3.15 und 3.16 sowie Raum 3.17 ebenfalls mit dem Tankanschluß "Un
verbunden.
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Pneumatische Betätigung: Nach Eingabe von Steuerdruckluft in den Raum
3.1 wird der Scheibenkolben 1.10 und der mit diesem kraftschlüssig verbundende Stößel
1.9 nach unten bewegt (Fig. 2).
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Hierbei wird zuerst der Ringspalt 3.16 von dem Schieberteil 1.11 des
Stößels 1.9 gegen den Tankanschluß "2" verschlossen, bevor die obere Kugel 1.1 von
dem Stößel 1.9 erfaßt wird und über den Stößel 1.6 die untere Kugel 1.2 gegen den
im Raum 3.2 anstehenden Druck und die über den Federteller 1.7 wirkende Federkaft
der Druckfeder 1.5 vom unteren Ventilsitz 1.4 abhebt.
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Der verlängerte Zapfen des Federtellers 1.7 taucht, wie in F3 gezeigt,
durch eine blendenähnliche Bohrung 1.20 im Boden der Distanzbuchse 1.16. Das Spiel
zwischen dem Durchmesser dieser Bohrung und dem Außendurchmesser des Zapfens ist
so gering bemessen, daß zwar ausreichend Steuerflüssigkeit zur Steuerung des Ventilkolbens
2.1 im Hauptsteuerventil durchtreten kann, aber gröbere Schmutzteilchen aus dem
Ereislauf, welche zu Runktionsstörungen im Vorsteuerventil 1 führen können, zurückgehalten
werden (Spaltabweisung).
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Nach dem Durchschalten (=Schaltbewegung) wird die obere Kugel 1.1
von dem Stößel 1.9 auf den oberen Ventilsitz 1.3 gedrückt, wodurch die Verbindung
zum Tankanschluß "2" vollständig abgedichtet wird. Die hydraulische Steuerflüssigkeit
wird nun von Anschluß "P" über Raum 3.7, Kanäle 3.6 und 3.8, Raum 3.2, Ringspalt
3.18, Raum 3.13 und Kanal 3.12 in den Raum 3.3 geführt, wodurch der Ventilkolben
2.1 gegen die Kraft als Produkt aus Jeweils anstehendem Druck im Raum 3.4 mal der
Fläche des Führungsschaftes 2.16 und der Kraft der Druckfeder 2.8 nach oben in die
andere Schaltstellung bewegt wird.
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Hierbei haben der Vorsteuerdruck im Raum 3.3 und der Druck im Raum
3.4 nahezu die gleiche Größe. Die Schaltbewegung erfolgt daher nur aufgrund der
größeren Pläche des Führungsschaftes 2.17 (Differenskraftschaltung).
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Nach dem Durchschalten des Ventilkolbens 2.1 ist der Stempel- oder
Zylinderanschluß "A" über Raum 3.9,
Ringspalt 3.19, Raum 3.5 und
3.7 mit der Pumpe Anschluß "P" bzw. mit dem Hochdruck-Versorgungsnetz verbunden,
wie dies Fig. 2 zeigt.
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Während der Ventilkolben 2.1 die Schaltbewegung ausführt, überdecken
die schieberähnlichen Ansätze 2.14 und 2.15 vor den Dichtkegeln 2.12 und 2.13 die
zu verbindenden Anschlüsse P", "A" und "T" nahezu positiv.
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Das bedeutet, daß der Anschluß wP" erst dann mit dem Anschluß "A"
verbunden wird, wenn der Anschluß "A" nach "T" durch Eintauchen des schieberähnlichen
Ansatzes 2.14 um eine bestimmte Länge in die Bohrung des zum Dichthebel 2.12 gerichteten
Ventilsitzes 2.4 unterbrochen ist.
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Zwischen dem Bohrungsdurchmesser des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser
des Ansatzes ist, fertigungs- und funktionsbedingt, Spiel vorhanden. ueber dieses
Spiel strömt während der Schaltbewegung des Ventilkolbens 2.1 kurzzeitig Leckflüssigkeit
aus Raum 3.9 zum Tankanschluß T" ab. Diese Leckflüssigkeit hat Jedoch keinen nennenswerten
Druckabfall im Hochdruck-Versorgungsnetz zur Folge.
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Ferner bewirken die schieberähnlichen Ansätze 2.14 und 2.15 zusätzlich
zur vorstehend beschriebenen Funktion eine schlagfreie, weiche Schaltung des Hauptventils
2 bei Ansteuerung durch das Vorsteuerventil 1.
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Betätigung mittels Handhilfsbetätigung: Der als Blattfeder ausgebildete
Hebel 1.14, der im Drehpunkt 1.15 gelagert ist, wird durch Drehen des Schaltnockens
1.18 aus der Ausgangs- bzw. Nullstellung heraus betätigt. Dabei wirkt der Hebel
1.14 in der Mitte auf den Betätigungsbolsen 1.19, der wiederum den Stößel 1.9 betätigt.
Der Hebel 1.14 wurd durch Weiterdrehen des Schaltnockens 1.18 über einen Drehpunkt
hinaus in dieser Schaltstellung gehalten (gerastet). Der als Blattfeder ausgebildete
Hebel 1.14 wird dadurch so weit vorgespannt, daß eine ausreichende Überschußkraft
zur dichten Anpressung der oberen Kugel 1.1 auf den oberen Ventilsitz 1.3 des Vorsteuerventils
1 wirksam wird. Das sichere Verbleiben in der Schaltstellung I ist z.B. erforderlich,
wenn ein Hydraulikstempel über eine längere Zeit aktiv gesetzt bleiben soll.
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Pat entansprüche