-
Wechselventil
-
Die Erfindung betrifft ein Wechselventil, insbesondere für den untertägigen
Grubenausbau, wie z.B. den Schildausbau, als Trenn- und Überleitungsorgan zwischen
zwei voneinander unabhängigen Impulsgebern und einem Impulsempfänger, das in koaxialer
Anordnung zwei einander diametral gegenüberliegende Ventilsitze als mindestens mittelbare
Bestandteile von Anschlüssen für von den Impulsgebern zugeführte Fluide und einen
durch die Fluide zwischen den Ventilsitzen hin- und herbewegbaren Ventilkörper aufweist,
wobei unter dichtender Anlage des Ventilkörpers an einem der Ventilsitze der jeweils
andere Anschluß mit einem mit dem Impulsempfänger verbundenen Anschluß fluidleitend
verbunden ist.
-
Wechselventile der vorstehenden Gattung werden z.B.
-
bei der automatischen Wasserbedüsung stark staubgefährdeter Bereiche
beim Rauben und Rücken von Schildausbaugestellen verwendet. Dabei ist einer-der
koaxialen Anschlüsse des Wechselventils mit einem der Ringräume der hydraulisch
beaufschlagten Gestellstempel (erster Impulsgeber) und der gegenüberliegende Anschluß
mit dem Kolbenraum der den Rückvorgang des Schildausbaugestells bewirkenden, ebenfalls
hydraulisch beaufschlagten Schubkolbeneinheit (zweiter Impulsgeber) verbunden. Der
mit dem dritten Anschluß verbundene Impulsempfänger besteht aus einem entsperrbaren
RUckschlagventil, das die Wasserzuführung zu den Sprühdüsen regelt.
-
Der Ventilkdrper einer bekannten Bauart eines Wechselventils dieser
Gattung besteht aus einer Ventilkugel, die im Ruhezustand lose zwischen den beiden
Ventilsitzen in einer zentralen Bohrung des Ventilgehäuses liegt. Werden beispielsweise
die Stempel geraubt, so bewirkt der am Ringraum anstehende Druck einen Impuls mit
der Folge, daß die Ventilkugel gegen den gegenüberliegenden Ventilsitz gedrückt
wird und diesen Anschluß druckdicht versperrt. Das Fluid gelangt dann von dem offenen
Ventilanschluß zu dem mit dem Impulsempfänger verbundenen Anschluß und bewirkt,
daß das Rückschlagventil entsperrt und das Wasser während des Raubvorganges zum
Niederschlagen des Staubs freigegeben wird. Der gleiche Vorgang läuft beim Rücken
des Ausbaugestells ab, wo durch den der Schubkolbeneinheit übermittelten Druck ein
Impuls ausgelöst wird, der die Ventilkugel dann in die entgegengesetzte Richtung
auf den anderen Ventilsitz drückt. Auch hier steht die Hydraulikflüssigkeit der
Schubkolbeneinheit dann ebenfalls am Impulsempfänger, d.h. an dem Rückschlagventil
an und entsperrt dieses, wodurch sofort die Bedüsung einsetzt. Bei Verbindung der
beiden DruckanschlUsse mit dem Rücklauf kann sich der am Impulsempfänger anstehende
Druck über einen der beiden Druckanschlüsse entlasten.
-
Obwohl sich die bekannte Bauart eines Wechselventils im großen und
ganzen bewährt hat, weist sie dennoch den Mangel auf, daß bei ungünstiger Einbau-
oder Betriebslage bzw. bei einem nur geringen Fluidstrom der durch eine Kugel gebildete
Ventilk8rper von dem Fluidstrom nicht einwandfrei auf den jeweils gegenüberliegenden
Ventilsitz gedrückt wird und den dort gen Anschluß nicht sorgfältig genug verschließt.
Es kann sich folglichkein Druck aufbauen und der Impulsempfänger dementsprechend
nicht reagieren. Die Begasung findet nicht statt und die Staubbelastung beim Rauben
oder Rücken bleibt uneingeschränkt erhalten.
-
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Wechselventil
der eingangs vorausgesetzten Gattung zu schaffen, das auch bei variierenden Einbau-
und Betriebslagen sowie geringen Fluidströmen die erforderlichen Trenn- und Überleitungsfunktionen
sicher wahrnimmt.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ventilkörper
aus zwei zueinander relativ verschiebbar geführten Längenabschnitten mit endseitig
vorgesehenen Dichtbereichen gebildet ist, die bei druckentlasteten Fluiden durch
elastisch nachgiebige Mittel gegen die Ventilsitze angedrückt sind.
-
Der Kern der Erfindung besteht folglich darin, daß in der Ruhestellung
des Wechselventils der Ventilkörper an beiden Ventilsitzen anliegt. Erst wenn einer
der beiden Anschlüsse durch den entsprechenden Impulsgeber mit Druckfluid versorgt
wird, hebt sich der entsprechende Ventilkörper-Längenabschnitt unter dem Einfluß
des Druckfluids vom Ventilsitz gegen die Rückstellkraft der elastisch nachgiebigen
Mittel ab und ermöglicht dem Fluidstrom, zum Impulsempfänger zu strömen. Der wesentliche
Vorteil hierbei ist, daß der jeweils nicht direkt durch einen Fluidstrom beaufschlagte
Längenabschnitt des Ventilkörpers durch das am anderen Längenabschnitt anstehende
Druckfluid stärker auf seinen Ventilsitz gedrückt und damit der Dichteffekt in diesem
Bereich verbessert wird. Wird die Zulieferung des uckfluids unterbrochen, bei einem
Schildausbaugestell z.B. nach Beendigung des Raub- oder Rückvorganges, so bewirken
die zwischen den beiden Ventilkörper-Längenabschnitten eingegliederten elastisch
nachgiebigen Mittel-, daß der jeweils von seinem Ventilsitz abgehobene Ventilkörper-Längenabschnitt
sofort wieder auf den Ventilsitz zurückgedrückt wird und damit der Ventilkörper
bei druckentlasteten Fluiden einwandfrei zwischen den beiden Ventilsitzen lagezentriert
ist.
-
Die zweiteilige Ausbildung des Ventilkörpers in gerbindung mit den
elastisch nachgiebigen Mitteln zwischen den Ventilkörper-Längenabschnitten schafft
die Voraussetzungen dafür, daß das erfindungsgemäße Wechselventil die ihm übertragenen
Trenn- und Uberleitungsfunktionen zwischen zwei voneinander unabhängigen Impulsgebern
und einem Impulsempfänger in allen Einbau- und Betriebslagen sowie geringen und
starken Fluidströmen bzw. -drücken einwandfrei wanrnehmen kann. Das Wechselventil
ist demnach insbesondere für den Einsatz im untertägigen Grubenbetrieb mit Vorteil
geeignet.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch,
daß die Längenabschnitte des Ventilkörpers teleskopisch ineinandergeführt sind und
aus einem im Ventilgehäuse gleitenden abgestuften Hohlzylinder sowie einem im Hohlzylinder
gleitenden zylindrischen Dichtbolzen mit jeweils endseitigen Dichtkegeln bestehen.
-
Der Dichtbolzen ist hierbei durch eine umfangsseitig vorgesehene
Ringdichtung im Hohlzylinder einwandfrei abgedichtet. Die äußere Abstufung des Hohlzylinders,
d.h. der im Durchmesser kleinere Abschnitt, befindet sich dort, wo der Dichtbolzen
gelagert ist, um dem Fluid in diesem Bereich die Möglichkeit zu geben, von dem entsprechenden
Impulsgeber-Anschluß durch den Ringspalt zwischen dem Dichtbolzen und der Innenwand
des den Ventilkörper führenden Ventilgehäuses zum ImpulsempfEnger-Anschluß zu strömen.
Der im Durchmesser größere Bereich des Hohlzylinders besitzt zur Oberleitung des
Druckfluids von dem anderen Impuisgeber-Anschluß zum Impulsempfänger-Anschluß enten
sprechende Längsausnehmunam Außenumfang. Der Hohlzylinder ist auf ganzer Länge durchbohrt
und damit druckausgeglichen. Die Ausbildung der Dichtbereiche als Dichtkegel gewährleistet
auch bei gröberer Bearbeitung bzw. Fertigungsungenauigkeiten ein einwandfreies Zusamenwirken
mit dem jeweilien Ventilsitz.
-
Nach der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Ventilkörper-Längenabschnitte
durch eine Schraubendruckfeder gegen die Ventilsitze angedrückt sind. Die Schraubendruckfeder
liegt dann in einem entsprechend bemessenen Bohrungabschnitt des Hohlzylinders und
beaufschlagt einerseits die innere Stirnfläche des Dichtbolzens und andererseits
einen kreisringförmigen Absatz im Hohlzylinder.
-
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner von Vorteil, daß die Ventilsitze
Bestandteil von Kreisringscheiben bilden, welche mittels Schraubstutzen im Ventilgehäuse
festlegbar sind.
-
Die Kreisringscheiben können aus Kunststoff bestehen. Hiermit ist
der Vorteil verbunden5 daß sich die Ventilsitze und die Dichtkegel selbständig im
Betrieb aneinander anpassen können.
-
Darüber hinaus ist ein schneller Austausch der etwaig verschlissenen
Kreisringscheiben durch die Schraubstutzen gewährleistet, welche zugleich die Anschlüsse
für die Verbindungsleitungen zu den Impulsgebern Dilden.Damit wird in vorteilhafter
Weise die Wartungsfreundlichkeit des erfindungsgemäßen Wechselventils erhöht, was
sich besonders im untertägigen Grubenbetrieb in erhöhtem Maße bemerkbar macht.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser
des Dichtbolzens wesentlich größer als der Durahmesser der mit dem Dichtkegel des
Dichtbolzens zusammenwirkenden Ventilsitz-Bohrung bemessen ist. Dieses Merkmal ist
besonders dann von Vorteil, wenn nach abgeschlossener Impulsbeaufschlagung beide
Anschlüsse des Wechselventils wieder mit dem Rücklauf verbunden sind. In diesem
Fall muß sich der Impulsempfänger-Anschluß| druckentlasten können. Der Fluiddruck
am Impulsempf&nger-Anschluß kann dann nämlich ohne weiteres den Dichtbolzen
in den Hohlzylinder hineinschieben und durch den dann offenen, des Dichtbolzen benachbarten
I.paL'er-Anschluß ab strömen. Um in diesem Zusammenhang eine einwandfreie Anlage
des Hohlzylinders an dem anderen Ventilsitz zu gewährleisten, sieht die Erfindung
ferner
vor, daß der Durchmesser des Dichtbolzens kleiner als der Durchmesser der mit dem
Dichtkegel des Hohlzylinders zusammenwirkenden Ventilsitz-Bohrung bemessen ist.
-
Der Hohlzylinder kann auf verschiedene Art und Weise in dem Ventilgehäuse
gelagert sein. Eine zweckmäßige Ausbildung besteht jedoch darin, daß am Außenumfang
des Hohlzylinders Längskanäle ausgeformt sind. Diese Längskanäle können beispielsweise
dadurch gebildet sein, daß der Hohlzylinder aus einem Vierkant hergestellt wird,
dessen Ecken abgedreht sind. Die abgedrehten Ecken bilden dann Gleitflächen, die
mit der Innenwand des Ventilgehäuses zusammenwirken, während die dazwischen liegenden
flachen Bereiche des Hohlzylinders im Zusammenwirken mit den inneren Umfangsflächen
des Ventilgehäuses die Längskanäle zum Überströmen des Druckfluids bilden.
-
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
Et 1 ist das Gehäuse des Wechselventils bezeichnet.
-
Das Gehäuse besitzt eille zentrale Durchgangsbohrung 2, wobei die
Endbereiche als Gewindeabschnitte 3 ausgebildet sind. In die Gewindeabschnitte sind
Schraubstutzen 4, 5 eingedreht, welche die Ubergangselemente zu den Verbindungsleitungen
der nicht näher dargestellten Impulsgeber bilden.
-
Mittels der Schraubstutzen 4, 5 sind aus Kunststoff bestehende flache
Kreisringacheiben 6, 7 auf Absätzen 8,.9 der Durchgangsbohrung 2 festgelegt. Dichtungen
10 zwischen den Kreisringscheiben und den Schraubstutzen bewirken, daß das Arbeitsfluid,
beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, nicht durch die Gewindeabschnitte 3 strömen
kann.
-
Im Mittelbereich der zentralen Bohrung 2 ist ein Ventilkörper 11
gelagert. Der Ventilkörper besteht aus zwei Längenabschnitten
12,
13, von denen der eine als Hohlzylinder 12 und der andere als Dichtbolzen 13 ausgebildet
ist.
-
Der Hohlzylinder 12 ist außenseitig abgestuft und weist im Bereich
des größten Querschnittes Längskanäle 14 am Außenumfang auf. Die Längskanäle sind
dadurch gebildet, daß der Hohlzylinder im Ausgangszustand ein Vierkantprofil ist,
bei dem die Ecken abgedreht sind. Die abgedrehten Ecken bilden dann die Gleitflächen
des Hohlzylinders. Im Innern besitzt der Hohlzylinder drei Bohrungsabschnitte 15,
16, 17, von denen der im Durchmesser größte Bohrungsabschnitt 15 der Aufnahme des
zylindrischen Dichtbolzens 13 dient. Im Mittelabschnitt des Dichtbolzens ist eine
Ringnut 18 eingearbeitet, in die ein Dichtring 19 eingelegt ist. Im mittleren Bohrungsabschnitt
16 des Hohlzylinders ist eine Schraubendruckfeder 20 gelagert, welche sich an der
inneren Stirnfläche 21 des Dichtbolzens und an einem kreisringförmigen Absatz 22
am Ende des Bohrungsabschnittes 16 abstützt.
-
Zwecks Druckausgleich ist der äußere Endabschnitt des Hohlzylinders
mit einer im Durchmesser kleineren Bohrung 17 versehen.
-
Die freien Endabschnitte des Hohlzylinders 12 und des Dichtbolzens
13 sind als Dichtkegel 23, 24 ausgebildet. Die Dichtkegel wirken mit Ventilsitzen
25, 26 zusammen, die von den Rändern der in den Kreisringscheiben vorgesehenen Bohrungen
27, 28 gebildet werden. Hierbei ist die Bemessung derart getroffen, daß der Durchmesser
der Bohrung 28 in der Kreisringscheibe 6 kleiner ist als der Durchmesser des Dichtbolzens
13, während wiederum der Durchmesser des Dichtbolzens kleiner als der Durchmesser
der Bohrung 27 in der Ringscheibe 7 bemessen ist.
-
h Bereich des abgestuften Längenabschnittes des Hohlzylinders 12
ist in das Ventilgehäuse 1 eine Querbohrung 29 eingearbeitet und mit einem Gewinde
30 versehen. In dieses Gewinde ist ein Schraubstutzen 31 eingedreht und durch eine
Ringdichtung
32 am Gehäuse 1 abgedichtet. Dieser Schraubstutzen
dient als Übertragungselement einer zWm nicht näher dargestellten Impulsempfänger
führenden Verbindungsleitung.
-
Wenn ein Druckfluid am Schraubstutzen 4 ansteht, wird der Dichtbolzen
13 gegen die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 20 vom Ventilsitz 26 abgehoben
und das Druckfluid kann durch die Bohrung 2 in den Anschlußstutzen 31 und von dort
zum Impulsempfänger strömen. Unter der Einwirkung des Druckfluids wird dann der
Dichtkegel 23 des Hohlzylinders 12 stärker auf den Ventilsitz 25 gedrückt.
-
Steht am Schraubstutzen 5 Druckfluid an, so wird der Hohlzylinder
12 gegen die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder 20 in Richtung auf den gegenüberliegenden
Ventilsitz 26 verschoben und das Druckfluid kann über die umfangsseitigen Längskanäle
14 zu dem zum Impulsempfänger führenden Anschlußstutzen 31 fließen. Auch hierbei
wird durch das Druckfluid der Dichtkegel 24 des Dichtbolzens 13 stärker auf den
Ventilsitz 26 gepreßt.
-
Wenn die Schraubstutzen 4, 5 nach erfolgter Beaufschlagung wieder
mit dem Rücklauf verbunden sind, kann auch der Schraubstutzen 31 bzw. die damit
verbundene Leitung druckentlastet werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die wirksame
Dichtfläche zwischen dem Dichtkegel 24 und dem Ventilsitz 26 kleiner als der Durchmesser
des Dichtbolzens 13 bemessen wird.
-
Das Druckfluid am Schraubstutzen 31 drückt folglich den Dichtbolzen
13 in die Bohrung 15 des Hohlzylinders 12 hinein und das Druckfluid kann sich über
den Anschlußstutzen 4 entlasten.
-
Nach abgeschlossener Entlastung wird der Ventilkörper 11 durch die
Schraubendruckfeder 20 zwischen den Ventilsitzen 25 und 26 lagezentriert.