DE2536784C3 - Hydraulische Ventileinrichtung zur Wegesteuerung des Arbeitsdruckmittels für einen hydraulischen Servomotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Ventileinrichtung zur Wegesteüerung des Arbeitsdruck- Ά mittels für einen hydraulischen Servomotor, insbesondere für einen Zylinder im untertägigen Strebausbau, deren Hauptsteuerventil von einem Vorsteuerventil mit einem die Zufuhr von Steuerdruckmittel zum in Sitzbauweise ausgeführten Hauptsteuerventil sperrenden oder freigebenden Sitzventilkörper ■gesteuert wird, der bei Nichtbetätigung der Ventileinrichtung durch eine Druckfeder auf seinen Ventilsitz gepreßt ist und bei Betätigung vom Ventilsitz abhebend Steuerdruckmittel zum Hauptsteuerventil freigibt, wobei das Steuerdruckmittel von dem von einer Pumpe gelieferten Arbeitsdruckmittel abgezweigt ist.

Derartige Einrichtungen werden in zunehmenden 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 Zylindern wird durch die Hauptsteuerventile gesteuert, die wegen der hohen Drücke des hydraulischen Druckmittels von den Vorsteuerventilen gesteuert werden.

Bei einer bekannten hydraulischen Ventileinrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS 22 33 922) sind Vorsteuerventile und Hauptsteuerventile derart 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. 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. Wenn bei dem eine federbelastete Kugel als Sitzventilkörper aufv/eisenden bekannten Vorsteuerventil eine der Kugeln gegen die Kraft der ihr zugeordneten Feder von dem zugeordneten Sitz abgehoben wird, führt das zur Freigabe von Steuerdruckmittel zum Hauptsteuerventil. Hierbei reagiert das jeweilige Vorsteuerventil empfindlicher auf Verunreinigungen des Druckmittels als das Hauptsteuerventil. Die Verunreinigungen des Druckmittels setzen sich auf den Teilen ab und bilden Verkrustungen. Das führt dazu, daß der Sitzventilkörper auf dem Ventilsitz nicht mehr dichtend aufliegt.

Schließlich ist eine pneumatische Ventileinrichtung bekannt (US-PS 33 84 122), bei welcher auf den Ventilsitzen abgesetzte Verunreinigungen durch strömungstechnische Ausbildung der Sitzventile und der Kanäle von den Ventilsitzen abgeblasen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es. die hydraulische Ventileinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die durch die Ablagerung der Verunreinigungen im Vorsteuerventil ausgelösten Störungen ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sitzventilkörper einen Zapfen trägt, der sich beweglich mit dem Sitzventilkörper durch eine Blende hindurch in einen dem Ventilsitz vorgeschalteten, mit der Pumpe verbundenen Raum mit solchem Spiel gegenüber der Blende erstreckt, daß gröbere Schmutzteilchen im Steuerdruckmittel zurückgehalten werden.

Dadurch wird erreicht, daß bei geöffnetem Vorsteuerventil, d. h., wenn der Sitzventilkörper von seinem Ventilsitz abgehoben ist, eine ausreichende Menge an Steuerdruckmittel zur Steuerung des Hauptsteuerventils in dieses einströmen kann, daß jedoch gröbere Schmutzteilchen, die von dem Steuerdruckmittel 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 Sitzventilkörper 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.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Zapfen Teil eines Federtellers und von der dem Sitzventilkörper belastenden Feder umschlossen. Das ermöglicht einen platzsparenden und strömungsgünsligen Aufbau, der sich ohne Schwierigkeiten in einer zylindrischen Bohrung eines Ventilgehäuses unterbringen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 teilweise einen Schnitt durch ein 4/4 Wege-Sitzventil,

Fig. 2 das Ventil nach Fig. 1 in anderer Schaltstellung und

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des sich durch die Blende erstreckenden Zapfens.

Die in F i g. 1 dargestellte Ventileinrichtung ist aus zwei Hauptelementen, nämlich dem Vorsteuerventil 1 und dem Hauptsteuerventil 2 zusammengesetzt.

Der innere Aufbau ist in Bezug auf die Anordnung der Ventileinsätze symmetrisch dargestelllt. Beide Hauptelemente -- in dieser Ventileinrichtung zweimal verwendet — sind nach Darstellung in Fig. 1 in einem Gehäuse 4 zu einer Einheit zusammengefaßt und über

Verbindungskanäle und -räume miteinander verbunden.

Für die Beschreibung von Aufbau und Arbeitsweise ist nur die linke Hälfte der Ventileinrichtung in den F i g. 1 und 2 im Schnitt gezeichnet

Das Vorsteuerventil 1 mit kleiner Nenngröße besteht im einzelnen aus zwei Kugeln S.l und 1.2 als Sitzventilkörper, den Ventilsitzen 1.3 und 1.4, der Druckfeder 1.5, die über den Federteller mit Zapfen 1.7 auf die untere Kugel 1.2 wirkt und sich auf dem Boden der Distanzbuchse 1.16 abstützt, sowie dem Stößel 1.6, iu der in der Mittelbuchse 1.8 geführt ist, und dem Stößel 1.9, der — mit Bezug auf die Zeichnung - oben den Scheibenkolben 1.10 für die pneumatische Betätigung aufnimmt und auf der anderen Seite einen Schieberteil

1.11 aufwe^st. Der Stößel 1.9 ist in einer Führungsbuchse

1.12 geführt. Der ganze Vorsteuerventileinsatz wird von der Verschraubung 1.13 gehalten. Um das Ventil bei Bedarf manuell betätigen zu können, wurde ein als Blattfeder ausgebildeter Hebel 1.14, der im Drehpunkt 1.15 gelagert ist, vorgesehen.

Unter dem Scheibenkolben 1.10 ist zusätzlich eine Druckfeder 1.17 angeordnet, die bei Entlastung des im Raum 3.1 anstehenden pneumatischen Steuerdrucks, sowohl den Scheibenkolben 1.10 als auch den mit diesem kraftschlüssig verbundenen Stößel 1.9, unabhängig vom jeweils im Raum 3.2 anstehenden hydraulischen Druck und der Kraft der Druckfeder 1.5, in die Ausgangs- bzw. Nullstellung bewegt.

Das Hauptsleuerventil 2 setzt sich im einzelnen zusammen aus dem Ventilkolben 2.1, der oberen jo Führungsbuchse 2.2 und der unteren Führungsbuchse 2.3, den Ventilsitzen 2.4 und 2.5 sowie der Mittelbuchse oder auch Laterne 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 Hauptsteuerventils 2 bilden einen Ventileinsatz, der in die Bohrung des Gehäuses 4 eingebaut, von dem Ventildeckel 2.10 gehalten bzw. axialspielfrei verspannt wird. Der Ventildeckel 2.10 beinhaltet gleichzeitig den Raum 3.3.

In diesen Raum 3.3 tritt nach Schalten des Vorsteuerventils I das Sieuerdruckmittel für die hydraulische Steuerung des Ventilkolbens 2.1 ein.

In der Mitte des Ventilkolbens 2.1 ist der Sperrkörperteil 2.11 mit den Dichtkegeln 2.12 und 2.13 angeordnet. Vor diesen Dichtkegeln befinden sich schieberähnliche Ansätze 2.14 und 2.15, die beim Durchschalten eine nahezu positive .Schaltüberdeckung bewirken.

Die beiden Führungsschäfte des Ventilkolhens 2.1 sind mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt. Der Durchmesser des Führungsschaftes 2.16 ist kleiner als der des druckfederseitigen Führungsschaftes 2.17. Beide Führungsschäfte sind in ihren Führungsbuchsen 2.2 und 2.3 mittels geeigneter Dichlelemente 2.18 und 2.19 zu den Räumen 3.3 und 3.4 hin abgedichtet. Der Ventilkolben 2.1 ist im Bereich zwischen Führungsschaft 2.17 und schieberähnlichem Ansatz 2.15 üruckausgeglichen.

Der Raum Ϊ.4 ist über die Bohrung 2.20 und die Drossel 2.21 im Ventilkolben 2.1, sowie über den Raum 3.5, Kanal 3.6 und Raum 3.7 mit der Pumpe oder dem Hochdruck-Versorgungsnetz verbunden. Im Bypass dazu steht der Raum 3.2 über den Kanal 3.8 mit dem bei Panstehenden Druck in Verbindung.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Ventileinrichtung ist wie folgt:

Schaltungstechnisch befindet sich die in F i g. 1 dargestellte Ventileinrichtung in der Ausgangs- oder Nullstellung. Hierbei ist der Stempel- oder Zylinderanschluß A über den Raum 3.9, Ringspalt 3.10 und Raum 3.11 mit dem Tankanschluß Tverbunden.

Der Raum 3.3 des Hauptsieuerventils 2 ist dabei über den Kanal 3.12, Raum 3.13, die Ringspalte 3.14,3.15 und 3.16 sowie den Raum 3.17 ebenfalls mit dem Tankanschluß Tverbunden.

Nach Eingabe von Steuerdruckluft in den Raum 3.1 wird der Scheibenkolben 1.10 und der mit diesem kraftschlüssig verbundene Stößel 1.9 nach unten bewegt (F i g. 2). Hierbei wird zuerst der Ringspalt 3.16 von dem Schieberteil 1.11 des Stößels 1.9 gegen den Tankanschluß Γ 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 >m Raum 3.2 anstehenden Druck und die über den Federteller mit den Zapfen 1.7 wirkende Federkraft der Druckfeder 1.5 vom unteren Ventilsitz 1.4 abhebt.

Der entsprechend lange Zapfen 1.7 des Federtellers taucht, wie in F i g. 3 gezeigt, durch eine Blende 1.20 im Boden der Distanzbuchse 1.16. Das Spiel zwischen dem Durchmesser dieser Blende und dem Außendurchm?sser des Zapfens ist so gering bemessen, daß zwar ausreichend Steuerdruckmittel zur Steuerung des Ventilkolbens 2.1 im Hauptsteuerventil durchtreten kann, aber gröbere Sohmutzteilchen aus dem Kreislauf, welche zu Funktionsstörungen im Vorsteuerventil 1 führen können, zurückgehalten werden (Spaltabweisung).

Nach dem Durchschalten wird die obere Kugel 1.1 von dem Stößel 1.9 auf den oberen Ventilsitz 1.3 gedrückt, wodurch die Verbindung zum Tankanschluß T vollständig abgedichtet wird. Das hydraulische Steuerdruckmittel wird nun vom Anschluß P über den Raum 3.7, die Kanäle 3.6 und 3.8, den 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 mit der Kraft der Druckfeder 2.8 nach oben in die arbeitswirksame Schaltstellung bewegt wird Hierbei haben der Vorsteuerdruck im Raum 3.3 und der Druck im Raum 3.4 nahezu die gleiche Größe. Die Schaltbewegung erfolgt daher aufgrund der größeren Fläche des Führungsschaftes 2.17 (Differenzkraftschaltung).

Nach dem Durchschalten des Ventilkolbens 2.1 ist der Stempel- oder Zylinderanschluß A über den Raum 3.9, Ringspalt 3.19, die Räume 3.5 und 3.7 mit der Pumpe, also dem Anschluß Pverbunden, wie dies F i g. 2 zeigt.

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 Tnahezu positiv. Das bedeutet, daß der Anschluß P erst dann mit dem Anschluß A verbunden wird, wenn der Anschluß A zum Anschluß T durch Eintauchen des schieberähnlichen Ansatzes 2.14 um eine bestimmte Länge in die Bohrung des zum Dichtkegel 2.12 gerchteten Ventilsitzes 2.4 unterbrochen ist.

Zwischen dem Bohrungsdurchmesser des Ventilsitzes und dem Außendurchmesser des Ansatzes ist, fertigungs- und funktionsbedingt. Spiel vorhanden. Über dieses Spiel strömt während der Schaltbewegung des Ventilkolbens 2.1 kurzzeitig Leckdruckmittel aus dem Raum 3.9 zum Tankanschluß T ab. Dieses Leckdruck-

mittel hat jedoch keinen nennenswerten Druckabfall am Anschluß Pzur Folge.

Ferner bewirken die schieberähnlichen Ansätze 2.14 und 2.15 zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Funktion eine schlagfreie, weiche Schaltung des Hauptsteuerventils 2 bei Ansteuerung durch das Vorsteuerventiil 1.

Wie oben erwähnt, kann das Vorsteuerventil 1 auch manuell betätigt werden. Hierzu wird der als Blattfeder ausgebildete Hebel 1.14, der im Drehpunkt 1.15 gelagert ist, durch Drehen des Schaltnockens 1.18 aus der Ausgangs- bzw. Nullstellung heraus betätigt. Dabei wirkt der Hebel 1.14 in der Mitte auf den Betätigungsbolzen 1.19, der wiederum den Stößel 1.9 betätigt. Der Hebel 1.14 wird durch Weiterdrehen des Schaltnockens 1.18 über eine bestimmte Stelle hinaus in der erreichten Schaltstellung gehalten, d. h. 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 ist z. B. erforderlich, wenn ein Hydraulikstempel über eine längere Zeit aktiv gesetzt bleiben soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Ventileinrichtung zur Wegesteuerung des Arbeitsdruckmittels für einen hydraulisehen Servomotor, insbesondere für einen Zylinder im untertägigen Strebausbau, deren Hauptsteuerventil von einem Vorsteuerventil mit einem die Zufuhr von Steuerdruckmittel zum in Sitzbauweise ausgeführten Hauptsteuerventil sperrenden oder freigebenden Sitzventilkörper gesteuert wird, der bei Nichtbetätigung der Ventileinrichtung durch eine Druckfeder auf seinen Ventilsitz gepreßt ist und bei Betätigung vom Ventilsitz abhebend Steuerdruckinittel zum Hauptsteuerventil freigibt, wobei das Steuerdruckmittel von dem von einer Pumpe gelieferten Arbeitsdruckmittel abgezweigt ist, d a durch gekennzeichnet, daß der Sitzventil-•Sörper einen Zapfen (1.7) trägt, der sich beweglich mit dem Sitzventilkörper durch eine Blende (1.20) hindurch in einen dem Ventilsitz (1.4) vorgeschalteten, mit der Pumpe verbundenen Raum (3.2) mit solchem Spiel gegenüber der Blende (1.20) erstreckt, daß gröbere Schmutzteilchen im Steuerdruckmittel zurückgehalten werden.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (1.7) Teil eines Feder tellers und von der den Sitzventilkörper belastenden Druckfeder (1.5) umschlossen ist.

JO