DE3312996A1

DE3312996A1 - Steuervorrichtung zum steuern der druckmittelzufuhr zu druckmittelbetriebenen vorrichtungen, insbesondere in untertaegigen grubenbetrieben

Info

Publication number: DE3312996A1
Application number: DE19833312996
Authority: DE
Inventors: Richard Worsley Manchester Ward
Original assignee: Dobson Park Industries Ltd
Current assignee: Joy Global Industries Ltd
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1983-12-08
Also published as: GB2121516B; GB8307542D0; GB2118688A; GB2121516A; FR2524995A1; GB8307541D0; GB2118688B; FR2524995B1

Description

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Dobson Park Industries Pie, Dobson Park House, Colwick Industrial Estate, Colwick, Nottingham, NG4 2BS, England

Steuervorrichtung zum Steuern der Druckmittelzufuhr zu druckmittelbetriebenen Vorrichtungen, insbesondere in untertägigen Grubenbetrieben.

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern der Druckmittelzufuhr zu druckmittelbetriebenen Vorrichtungen, insbesondere in untertägigen Grubenbetrieben.

Bei der Gewinnung von Kohle in untertägigen Grubenbetrieben ist es üblich, im Streb zur Unterstützung des Hangenden hydraulische wandernde Ausbauelemente zu verwenden, die dem Abbaufortschritt folgen und hierzu hydraulische Rückzylinder enthalten, die beispielsweise mit dem Strebförderer verbunden sein können. Zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu den Rückzylindern dienen Steuerventile, die ihrerseits durch als Magnetventile ausgebildete Vorsteuerventile betätigt werden können. Um die Grubensicherheit zu gewährleisten , müssen die Magnetventile und die zu ihrer Betätigung dienenden elektrischen Einrichtungen eigensicher ausgebildet sein, d.h., Spannung und Strom müssen so begrenzt sein, daß unter keinen Umständen durch Hitzeentwicklung oder durch Funkenbildung die etwa in der Grube vorhandenen Gase oder Stäube gezündet werden könnten. Es ist deshalb üblich, die Magnetventile mit verhältnismäßig geringen elektrischen Leistungen zu betreiben, beispielsweise mit Gleichstrom bei einer Maximalspannung von 12 Volt und einer maximalen Stromstärke von o,5 Ampere. Mit dieser Leistung lassen sich je-

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doch nur Magnetventile betätigen, die einen verhältnismäßig geringen Durchtrittsquerschnitt haben und die deshalb nur kleine Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit durchlassen können. Überdies ist durch die oben angegebene elektrische Leistungsbegrenzung die Anzahl der gleichzeitig betätigbaren Magnetventile sehr stark eingeschränkt. Man hat sich deshalb mit Magnetventilen begnügen müssen, die bei einer
Spannung von 12 Volt eine Stromaufnahme von etwa 125 Milli-Ampere haben. Diese Begrenzung führt dazu, daß der Innendurchmesser der Ventile etwa 1 mm beträgt. Zur Errechnung des zur Verfügung stehenden Durchtrittsquerschnittes muß
jedoch noch der Querschnitt der im Ventil angeordneten Schubstange abgezogen werden, die einen Durchmesser von o,9 mm aufweist, sodaß ein freier Durchtrittsquerschnitt von nur o,17 mm verbleibt, wodurch die Geschwindigkeit der Arbeitsabläufe sehr wesentlich beeinträchtigt wird.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die elektrischbetätigte Ventile aufweist, deren Durchtrittsquerschnitte ausreichend groß sind, um schnelle Arbeitsabläufe zu ermöglichen und deren Leistungsaufnahme trotzdem sehr
gering ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Steuervorrichtung zum
Steuern der Druckmittelzufuhr zu druckmittelbetriebenen Vorrichtungen, insbesondere in untertägigen Grubenbetrieben, die mindestens ein elektrischbetätigtes Druckmittelventil enthält und die sich dadurch kennzeichnet, daß das Ventil ein durch einen Elektromotor betriebenes Ventil ist.

Auf diese Weise lassen sich Steuervorrichtungen ausbilden,

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deren Druckmittelventile große Durchtrittsquerschnitte aufweisen, sodaß sie pro Zeiteinheit eine so große Druckmittelmenge durchlassen, daß schnelle Arbeitsabläufe ermöglicht werden und wobei diese Ventile trotzdem eine ausserordentlich geringe Leistungsaufnahme aufweisen. Derartige Steuervorrichtungen sind insbesondere geeignet, die Druckmittelzufuhr zu den Rückzylindern von Ausbauelementen zu steuern, entweder über hydraulische Vorsteuerventile oder sogar unmittelbar, wobei trotzdem, auch bei gleichzeitiger Betätigung einer größeren Zahl" von Ventilen die Erfordernisse der Eigensicherheit eingehalten werden. Hierauf ist jedoch die Erfindung nicht beschränkt, vielmehr kann die Steuervorrichtung auch zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu anderen Druckmittelverbrauchern in untertägigen Grubenbetrieben verwendet werden oder auch über Tage, wenn dort ähnliche Verhältnisse vorliegen.

Bei dem Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um einen Gleichstrommotor, der unter anderem den Vorteil leichter Steuerbarkeit hat und der mit dem Ventil über ein geeignetes Getriebe verbunden sein kann. Vorzugsweise ist er so ausgebildet, daß seine Stromaufnahme im wesentlichen konstant ist. Ein solcher Motor kann auch im blockierten Zustand längere Zeit an die Stromversorgung angeschlossen bleiben, ohne daß Schäden oder Überhitzungen auftreten würden. Im Gehäuse des motorbetriebenen Ventils kann eine Schaltung angeordnet sein, die einen konstanten. Strom abgibt und hierdurch ihrerseits die Stromaufnahme des Motors, auch im blockierten Zustand, auf einen vorgegebenen Wert begrenzt, sodaß es durchaus möglich ist, das Ventil so auszubilden, daß bei stillstehendem unter Strom stehendem Motor das Ventil in seiner Stellung verbleibt. Hierdurch ist es möglich, die Steuervorrichtung

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unter einem ausserordentlich geringen technischen Aufwand so auszubilden, daß das Ventil mit Sicherheit in seinen jeweiligen Endstellungen verbleibt, die durch den stromlosen und den strombeaufschlagten Zustand des Motors gegeben sind.

Es ist aber auch möglich, die Steuervorrichtung so auszubilden, daß ein Stromstoß verwendet wird, um den Motor in die Öffnungsstellung des Ventils zu bewegen, in der er gehalten wird und ein weiterer Stromstoß dazu, den Motor in die Schließstellung des Ventils zu bewegen.

In beiden Fällen kann die Steuervorrichtung insofern besonders betriebssicher ausgestaltet werden, als bei Stromausfall das Ventil in seine Schließstellung zurückläuft, sei es durch das auf den oder die Ventilkörper einwirkende Druckmittel oder durch auf den Exzenter einwirkende Rückstellfedern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil als Kugelventil ausgebildet und enthält eine oder mehrere Kugeln und eine Schubstange, die auf die Kugel oder Kucreln einwirkt und die getrieblich mit dem Motor über einen zwischen Endstellungen beweglichen Exzenter verbunden ist. Hierdurch wird nicht nur eine einfache Umsetzung der Drehbewegung des Motors auf die zur Betätigung des Ventiles erforderliche Längsbewegung ermöglicht, sondern auch eine Kraftübersetzung die dazu führt, daß die Leistungsaufnahme des Motors vermindert werden kann. Zum Zwecke der Verriegelung kann eine Endstellung des Exzenters an oder kurz hinter einem Totpunkt angeordnet sein. Wenn eine Verriegelung auf diese Weise nicht gewünscht ist, kann die Endstellung vor Erreichen des Totpunktes angeordnet sein. Hierdurch kann der Rücklauf des Ventiles in seine Schließstellung erleichtert werden.

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Auch dann, wenn die Ventile dadurch in ihrer, vorzugsweise der offenen, Endstellung gehalten werden, daß die Antriebsmotor e unter Strom stehen, kann bereits eine beträchtliche Zahl von Ventilen, beispielsweise sechs bis sieben, aus einer einzigen eigensicheren Stromversorgung gleichzeitig betätigt werden, was auf die geringe Stromaufnahme der Motor e zurückzuführen ist. Wenn aber Ventile verwendet werden, die wie oben gesagte an oder kurz nach dem Totpunkt selbstverriegelnd sind, kann die Anzahl der von einer einzigen eigensicheren Stromquelle betriebenen Ventile dadurch erheblich vergrößert werden, daß die Antriebsmotore zeitlich nacheinander betätigt werden, wozu es lediglich erforderlich ist, daß die jeweiligen Steuerimpulse von der Steuervorrichtung mit zeitlich versetzter Reihenfolge abgegeben werden

Bei einer weiteren Ausführungsform der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt die Stromversorgung des Antriebsmotors aus einem Akkumulator, der aus der Stromversorgung aufgeladen wird. Dies ermöglicht es Motore zu verwenden, die eine verhältnismäßig große Leistungsaufnahme haben und die deshalb geeignet sind, Ventile mit einem großen Strömungsquerschnitt so schnell zu betätigen, daß eine schnelle Aufeinanderfolge der Arbeitsabläufe und sogar die unmittelbare Versorgung der Druckmittelverbraucher durch diese Ventile möglich ist. Es kann dann allerdings erforderlich sein, die Akkumulatoren, die Motore und etwa zugehörige Schaltungen in einem Schutzgehäuse anzuordnen. Die Verwendung eines Akkumulators zum Betrieb des Antriebsmotors des Ventiles bringt außerdem den besonderen Vorteil mit sich, daß das Ventil in die Schließstellung gebracht werden kann, wenn die Stromzufuhr von der Stromversorgung bzw. Schaltvorrichtung unterbrochen wird. Die Verwenduna eines Akkumulators und dessen

Aufladen aus der eigensicheren Stromversorgung bringt deshalb keine Schwierigkeiten mit sich, weil in jedem Fall die Zeit, die zum Aufladen zur Verfügung steht, wesentlich größer ist'als die Zeit, in der der angeschlossene Motor betrieben wird. Anstelle von Akkumulatoren können auch nichtaufladbare Batterien verwendet werden, wenn ein gelegentliches Auswechseln inkauf genommen wird.

Insbesondere bei der letztgenannten Ausführungsform kann mit dem Motor ein Nockenschalter getrieblich verbunden sein, der zwischen dem Akkumulator und dem Motor angeordnet ist und der den Motor bei vorbestimmten Winkelstellungen stoppt. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, daß der Motor in jedem Falle das Ventil in seine jeweilige Endstellung bringt und ein Stillstand in einer Zwischenstellung ausgeschlossen wird.

Schließlich kann die Steuerung so ausgebildet werden, daß die elektrischen Anschlüsse des Motors bei Trennung von der Stromversorgung kurzgeschlossen werden. Dies ermöglicht es, daß der Motor ohne wesentlichen Nachlauf zum Stillstand kommt, sobald die gewünschte Stellung des Exzenters bzw. des durch diesen betätigten Ventiles erreicht ist.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele von Steuervorrichtungen gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 ein Schaltschema einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Ventiles,

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Fig. 3'einen Schnitt durch das Ventil gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 das Schaltschema einer weiteren Ausführungsform
zeigt.

Die in Fig. 1 gezeigte Steuervorrichtung ist für den Gebrauch bei einem wandernden Strebausbau ausgebildet, wie er im Langfrontenabbau eingesetzt wird. Hierbei ist eine Vielzahl von.Ausbauelementen nebeneinander in einer Reihe angeordnet, die im wesentlichen parallel zur Abbaufront und zum Strebförderer verläuft. Jedes Ausbauelement besitzt eine Kappenkonstruktion, die von hydraulischen Stempeln gegen das Hangende anpressbar ist. Die Ausbauelemente werden entsprechend dem Abbaufortschritt gegen die Abbaufront schrittweise vorgerückt, wozu durch Betätigen der hydraulischen Stempel die Kappe eingeraubt, dann das Ausbauelement mittels eines oder mehrerer Rückzylinder gegen den Strebförderer vorgezogen und schließlich durch erneutes Betätigen der hydraulischen Stempel das Ausbauelement gesetzt wird. Die Betätigung der Stempel, der Rückzylinder und etwa vorhandener weiterer Druckmittelgetriebe erfolgt durch ein Druckmittel, beispielsweise eine Wasser-Öl-Emulsion, dessen Zufluß und gegebenenfalls Abfluß zu und von den Druckmittelgetrieben durch Ventile gesteuert wird, die ihrerseits durch Vorsteuerventile angesteuert sein können. Hierbei können die erfindungsgemäßen Steuervorrichtungen als Vorsteuerventile bzw. unter Umständen auch unmittelbar als Steuerventile verwendet werden. Die im folgenden dargestellte Steuervorrichtung ist zur Steuerung eines Rückzylinders ausgebildet, jedoch können Steuervorrichtungen gemäß der Erfindung auch zur steuerung anderer Druckmittel-

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getriebe verwendet werden.

Das Schaltschema gemäß Fig. 3 zeigt eine gemeinsame elektrische Stromversorgung 1, eine gemeinsame Schaltvorrichtung 2 und eine Vielzahl von Ventilen 3 von denen in Fig. 1 nur zwei Ventile dargestellt sind. Jedes der Ventile 3 ist durch einen Elektromotor 4 angetrieben, dem eine Schaltung 5 zugeordnet ist.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ventil handelt es sich um ein Vorsteuerventil. Es besitzt eine Öffnung von etwa 1 mm und dient zur Steuerung von Druckflüssigkeit im Bereich zwischen beispielsweise 1oo bis 4oo bar. Es handelt sich um ein Dreiwegeventil. Das Ventil 3 weist einen zylindrischen Ventilkörper 6 auf, der in ein massives Ventilgehäuse 6a eingeschraubt ist und durch den sich in axialer Richtung eine Bohrung 7 erstreckt. Von der axialen Bohrung 7 verlaufen drei Sätze von Kanälen 8, 9 und Io in radialer Richtung zu Ringräumen, die den Ventilkörper 6 umgeben und von diesen Ringräumen verlaufen in radialer Richtung durch das Ventilgehäuse 6a Anschlußkanäle 8a, 9a und 1oa. Die Anschlußkanäle sind, in axialer Richtung des Ventilkörpers 6 gesehen, gegeneinander versetzt angeordnet, ebenso die zugehörigen Ringräume und Kanäle. Die innerhalb der Bohrung 7 befindliche eigentliche Ventilanordnung, die in ihrer Gesamtheit mit 11 bezeichnet ist, weist einen Ringkörper 12 auf, der an seinen beiden Enden zentrale Ventilsitze 13 und 14 aufweist, sowie zwei Kugeln 15 und 16, die jeweils in Stellungen gebracht werden können, in denen sie auf den Ventilsitzen 13 und 14 dichtschließend aufliegen sowie eine Schubstange 17, die in axialer Richtung zwischen den Kugeln 15 und 16 verläuft. Die Ventilanordnung 11 ist in der axialen Bohrung 7 so ange-

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ordnet, daß die zwei äußeren Sätze von Kanälen 8 und 1o mit der Bohrung 7 unterhalb der beiden Ventilsitze 13 und 14 und der mittlere Satz von Kanälen 9 mit der Bohrung 7 zwischen diesen Ventilsitzen 13, 14 in Verbindung stehen. Oberhalb der Ventilanordnung 11 ist eine weitere Schubstange in einer Bohrung 21 verschiebbar. Das obere Ende 19 dieser Schubstange 18 erstreckt sich über das obere Ende des Ventilkörpers 6 hinaus. Das untere Ende 22 der Schubstange 18 hat einen verringerten Durchmesser und erstreckt sich durch den oberen Ventilsitz 13 hindurch, sodaß es mit der oberen Kugel 15 in Berührung kommt.

Auf dem oberen Ende 2o des Ventilkörpers 6 befindet sich ein Motorgehäuse 23. In dem Motorgehäuse 23 befinden sich der obenerwähnte Motor 4 und die Schaltung 5, außerdem ein Exzenter 24 und ein Zahnradgetriebe 25. Der Exzenter 24 ist auf einer Manschette 26 befestigt, die wiederum drehfest auf einer Welle 27 befestigt ist. Die Welle 27 ist in Ständern 28 drehbar angeordnet, die auf dem oberen Ende des Ventilgehäuses 6a so befestigt sind, daß die Mantelfläche des Exzenters 24 mit dem oberen Ende 19 der Schubstange 18 zusammenwirkt. Mit der Welle 27 kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte Feder derart zusammenwirken, daß sie auf die Welle 27 ein Drehmoment ausübt, das die Welle 27 in eine vorbestimmte Richtung bewegt, vorzugsweise in diejenige, die dem stromlosen Zustand des Motors 4 entspricht. Die Welle ist über ein Zahnradgetriebe mit dem Motor 4 verbunden und weiterhin ist ein feststehender Anschlag 5o vorgesehen, der mit einem quer durch die Welle 27 verlaufenden Stift 51 derart zusammenwirkt, daß die Drehung der Welle 27 in beiden Richtungen begrenzt ist.

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Das Gehäuse 23 ist völlig dichtschließend ausgebildet und mit einer Gewindebuchse 52 versehen, die dazu dient, die von außen zur Schaltung 5 und zum Motor 4 führenden Zuleitungen dichtschließend in das Gehäuse einzuführen.

Im Gehäuse 23 ist außerdem eine von Hand bedienbare zusätzliche Betätigungsvorrichtung angeordnet zu der eine Blattfeder 53 gehört, die mit ihrem einen Ende im Gehäuse befestigt ist und mit ihrem anderen Ende unterhalb einer Schubstange 54 liegt, die in einer Bohrung des Gehäuses 23 längsbeweglich angeordnet ist. Am oberen Ende der Schubstange 54 ist ein Druckknopf 55 befestigt. Dieser Druckknopf 55 ist durch eine flexible aus Gummi oder Kunststoff bestehende Manschette 56 abgedeckt, die ihrerseits mit dem Gehäuse 23 dichtschließend verbunden ist. Die Blattfeder 53 verläuft über den Exzenter 24 und kann mittels der Schubstange 54 auf den Exzenter 24 hinabgedrückt werden, sodaß sie dessen Drehung bewirkt.

Bei Benutzung des Ventiles 3 als Vorsteuerventil wird der untere Anschlußkanal 1oa mit einer Druckmittelquelle verbunden, während die Anschlußkanäle 8a und 9a mit einer Rückflußleitung bzw. einem in der Zeichnung nicht dargestellten Hauptventil verbunden sind, das mittels des Ventiles 3 gesteuert werden soll. Das Ventil 3 kann in der Nähe des Hauptventils angeordnet sein, und die Schaltung 5.und der Motor 4 können mit der entfernt angeordneten Schaltvorrichtung über eigensichere Leitungen verbunden werden. Die Schaltvorrichtung 2 und die Stromversorgung 1 können am Ausbauelement, an einem benachbarten Ausbauelement oder an jeder anderen geeigneten Stelle angeordnet sein. Die Schaltvorrichtung 2 und/oder die Stromversorgung 1 können als gemeinsame Einrichtungen für

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alle Vorsteuerventile eines einzelnen Ausbauelementes oder einer Vielzahl von Ausbauelementen dienen. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung 2 ein Teil eines zentralen elektronischen Steuersystems sein oder mit einem solchen in Verbindung stehen.

Bei der Stromversorgung 1 kann es sich um eine übliche eigensichere Stromversorgung handeln, wie sie zur Betätigung von Magnetventilen verwendet wird und die beispielsweise eine Spannung zwischen 5 und 12,5 Volt und einen Strom von o,5 Ampere liefert. Wie in Fig. 1 erkennbar ist, handelt es sich bei der Schaltung 5 um eine Konstant-Stromschaltung, die einen als Strombegrenzer dienenden integrierten Schaltkreis 29 enthält (z.B. den Typ 3347), der mit einem externen Widerstand 3o beschaltet ist. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Wert des externen Widerstandes 3o 6,7 Ohm, sodaß die Schaltung einen Strom von 1o Milliampere abgibt. Der Motor 4 ist ein Gleichstrommotor, der mit einer in einem weiten Bereich von beispielsweise 3 bis 3o V veränderbaren Versorgungsspannung versorgt werden darf und dessen Drehmoment, auch im blockierten Zustand, nicht von der Versorgungsspannung abhängig ist sondern von der Stromstärke.

Die Steuervorrichtung kann so ausgebildet sein, daß das Ventil 3 in seiner Öffnungsstellung gehalten wird, wenn der Motor 4 unter Strom steht. Hierbei dreht der Motor 4 den Exzenter 24 (gegen die Wirkung einer Rückholfeder) über das Getriebe 25 in diejenige Endstellung, in der sich die Schubstange 1 8 in ihrer tiefstmöglichen Stellung und der Exzenter 24 sich kurz vor seinem Totpunkt befinden. In dieser Stellung ist der obere Ventilsitz 13 geschlossen und der untere Ventilsitz 14 ist offen, sodaß Druckmittel durch den Anschluß-

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kanal 1oa einfließen und durch den Anschlußkanal 9a ausfließen kann. In dieser Stellung bleibt der Motor 4 stehen. Infolge der obenbeschriebenen Eigenschaften des Motors 4 und seiner Versorgung mit konstantem Strom kann der Motor 4 in dieser Stellung für jede gewünschte Zeit blockiert bleiben ohne daß eine überhitzung auftreten oder andere sicherheitsrelevante Probleme entstehen könnten. Wenn der Motor 4 von der Stromversorgung abgetrennt wird hebt sich die Schubstange 18 in ihre obere Endstellung und der Exzenter 24 dreht sich um etwas weniger als 18o° in seine andere Endstellung zurück. In dieser Stellung ist der untere Ventilsitz 14 geschlossen und der obere Ventilsitz offen, sodaß Druckflüssigkeit vom Anschlußkanal 9a zum Anschlußkanal 8a fließen kann. Das Anheben der Schubstange 18 erfolgt durch den Flüssigkeitsdruck und die Drehung des Exzenters 24 erfolgt, insbesondere bei hohen Druckflüssigkeitsdrücken ebenfalls durch die Schubstange 18, deren oberes Ende 19 gegen die Exzenterfläche des Exzenters 24 angepresst wird und auf dieser ohne nennenswerten Reibungswiderstand gleitet. Insbesondere bei geringem Druckflüssigkeitsdruck kann jedoch auch die Rückdrehung des Exzenters 24 durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Rückholfeder erfolgen oder unterstützt werden.

Aus dem vorstehenden ist es leicht erkennbar, daß eine größere Anzahl von Ventilen 3 gleichzeitig aus einer einzigen gemeinsamen Stromversorgung 1 betätigt werden kann. Dies ist insbesondere auf die geringe Leistungsaufnahme der Motore 4 zurückzuführen. Hierbei erfolgt die Betätigung der Ventile problemlos und mit ausreichend hoher Geschwindigkeit. Der tatsächliche Leistungsbedarf der Motore und die Arbeitsgeschwindigkeit hängen von mehreren Einflußgrößen ab, beispielsweise von den Eigenschaften des Motors, dem Durchtritts-

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querschnitt des Ventils, dem Übersetzungsverhältnis der Getriebe und der Höhe der Versorgungsspannung. Bei einem Ventil, dessen Bohrung eine Weite von 1 mm hat, bei Verwendung eines Miniatur-Gleichstrommotors vom Typ Portescap 22 C 11 - 2o5, einem Getriebe B 24 mit dem Übersetzungsverhältnis 2o : 1 oder 32 : 1 , einem Druckflüssigkeitsdruck von 4oo bar und einer Kraftübersetzung am Arbeitspunkt durch die Wirkung des Exzenters im Verhältnis von 1,75 : 1 ist es möglich, eine durchaus ausreichende Schließ- und Öffnungskraft des Vetftiles von etwa 3,3 kg bei einem Strom von 1o mA zu erhalten und es ergibt sich bei einer Versorgungsspannung von 1o V eine ebenfalls durchaus ausreichende Arbeitsgeschwindigkeit, die, je nach Übersetzungsverhältnis des Getriebes, um o,3 Sekunden liegt. Was die Kraftübersetzung durch den Exzenter betrifft, so bewirkt dieser eine etwa sinusförmige Kraftverteilung, deren Maxima mit den Endstellungen der Schubstange 18 zusammenfallen.

Bei der obenbeschriebenen Steuervorrichtung ermöglichen die geringe Leistungsaufnahme und die Arbeit bei konstanter Stromaufnahme den Gebrauch von entfernt angeordneten elektronischen Schaltvorrichtungen. Dank der konstanten Stromaufnahme ist es hierbei durch Messung des Gesamtstromes leicht möglich festzustellen, wieviele Ventile zur gleichen Zeit betätigt werden.

Obwohl die Verwendung von Ventilen mit einem Bohrungsdurchmesser von 1 mm als Vorsteuerventil üblich ist, können damit doch Nachteile verbunden sein, weil einerseits außerordentlich kleine Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen und andererseits die vom Ventil pro Zeiteinheit durchgelassene Druckmittelmenge recht klein ist. Ventile mit größeren

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Bohrungsdurchmessern sind zwar vorhanden aber als Magnetventile wegen der hohen Leistungsaufnahme unter eigensicheren Bedingungen nicht einsetzbar. Infolge der außerordentlich geringen Leistungsaufnahme der Ventile gemäß der Erfindung ist es jedoch möglich, beispielsweise ein Ventil mit einem Bohrungsdurchmesser von 3,2 mm mit einem Strom von 85 mA zu betreiben. In diesem Fall könnte jedoch jeweils nur ein Ventil gleichzeitig an einer einzigen eigensicheren Stromversorgung betrieben werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird bei einer weiteren Ausführungsform der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung jedem Motor ein Akkumulator zugeordnet. Dieser Akkumulator wird, wenn das Ventil betätigt werden soll, durch von einer entfernten Schaltvorrichtung ausgehende Stromstöße mit dem Motor verbunden und danach auch wieder von ihm getrennt. Diese Stromstöße werden hierzu durch eine am Motor bzw. dem Akkumulator angeordnete Schaltung verarbeitet. Solange der Akkumulator nicht mit dem Motor verbunden ist, und das ist während des weitaus überwiegenden Teiles der Zeit der Fall, wird der Akkumulator, mit sehr geringer Stromstärke, aus der eigensicheren Stromversorgung dauergeladen. Bei dieser Anordnung können mehrere hundert Ventile durch eine einzige eigensichere Stromversorgung betätigt werden. Es können sogar Ventile verwendet werden, deren Durchflußquerschnitt ausreichend groß ist um einen Rückzylinder oder ein anderes Bauteil unmittelbar mit Druckflüssigkeit zu versorgen.

In Fig. 4 ist eine solche weitere Ausführungsform, die einen Akkumulator enthält, in Form eines Schaltbildes dargestellt.

Wie in Fig. 1 weist diese Anordnung eine gemeinsame Strom-

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Versorgung 1, eine gemeinsame Schaltvorrichtung 2, mindestens ein Ventil 3 mit Antriebsmotor 4 und eine Schaltung 5 auf.

Die Teile 1 bis 4 können so ausgebildet sein wie es oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist und insbesondere können das Ventil und der Motor so ausgebildet sein wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, wobei jedoch für die Welle 27 eine Rückholfeder nicht erforderlich ist und das Ventil 3.einen wesentlich größeren Durchtrittsquerschnitt aufweisen kann.

Im Unterschied gegenüber Fig. 1 weist in Fig. 4 die Schaltung 5 einen Akkumulator 4o auf, der mit dem Motor über die Kontakte eines Mikroschalters 41 verbunden werden kann, wobei diese Kontakte durch eine Schaltnocke 42 betätigt werden, die getrieblich mit dem Motor 4 verbunden ist. Der Akkumulator 4o ist außerdem mit der Stromversorgung 1.über einen Ladewiderstand 43 verbunden. Zwischen dem Mikroschalter 41 und dem Akkumulator 4o befindet sich ein Transistorschaltkreis 44, dessen Eingang 45 mit der Schaltvorrichtung 2 verbunden ist.

Bei dieser Anordnung wird der Akkumulator 4o aus der Stromversorgung 1 ständig mit einem sehr geringen Strom, beispielsweise 1 mA, dauergeladen. Bei Beaufschlagung des Einganges 45 mit einem positiven Steuersignal wird, wenn der Mikroschalter 41 sich in der in der Zeichnung dargestellten Ausschaltstellung befindet, der Transistor T1 des Schaltkreises 44 durchgeschaltet und der Motor aus dem Akkumulator 4o mit Strom versorgt. Dies hat zur Folge, daß der Motor über das Zahnradgetriebe 25 den Exzenter 24 um 18o° in eine

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Endstellung dreht, in der die Schubstange 18 in ihre untere Endstellung bewegt wird. Hierbei befindet sich der Exzenter 24 an seinem Totpunkt und der obere Ventilsitz 13 ist geschlossen und der untere Ventilsitz 14 ist offen, sodaß Druckflüssigkeit durch den Anschlußkanal 1oa in das Ventil einfließen und durch den Anschlußkanal 9a aus dem Ventil ausfließen kann. Zur gleichen Zeit ist der Schaltnocken 42 in eine Stellung gedreht worden, in der er den Mikroschalter 41 betätigt, sodaß der Transistor T1 vom Motor getrennt wird und statt dessen der Kollektor des Transistors T2 mit dem Motor verbunden wird. Wenn das Steuersignal noch am Eingang 45 anliegt, wird die Durchschaltung des Transistors T2 durch den Transistor T3 (der durch das Steuersignal durchgeschaltet bleibt) aufgehoben und der Motor bleibt vom Akkumulator getrennt. Sobald das Steuersignal am Eingang 45 nicht mehr anliegt, wird die Durchschaltung des Transistors T3 aufgehoben, Transistor T2 wird durchgeschaltet und der .Motor bewegt die Einrichtung um weitere 18o° in die in der Zeichnung dargestellte ausgeschaltete Stellung. Während dieser weiteren Drehung hebt sich die Schubstange 18 in ihre obere Endstellung (infolge des im Kanal 1o anstehenden Flüssigkeitsdruckes) und der Exzenter 24 dreht sich um 18o° in seine andere Endstellung, in der der untere Ventilsitz 14 geschlossen und der obere Ventilsitz 13 offen ist, sodaß Druckflüssigkeit vom Anschlußkanal 9a zum Anschlußkanal 8a fliessen kann. Es ist erkennbar, daß das Ventil in diese letztgenannte Stellung zurückkehrt entweder wenn das Steuersignal absichtlich, durch einen Steuervorgang, vom Eingang 45 abgeschaltet wird, oder aber auch, wenn das Steuersignal entfällt, weil beispielsweise die Stromversorgung der Schaltvorrichtung 2 unterbrochen wird. Das Ventil kehrt also in einem solchen Störungsfalle in seine Ruhestellung zurück.

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Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung 5 enthält außerdem einen Schaltkreis mit zwei Transistoren T4 und T5, die den Motor 4 überbrücken. Wenn der Motor 4 läuft verhindert T5 den Durchgang durch T4, weil die Basis von T4 eine positive Spannung von der Akkumulatorversorgung erhält. Wenn der Motor durch den Mikroschalter 41 ausgeschaltet wird, liegt die vom Motor erzeugte elektromotorische Kraft über T4 an, aber die Basis von T5 ist durch die Diode 46 isoliert, sodaß T5 ausschaltet und T4 durchschaltet, sodaß der Motor 4 durch einen kleinen Widerstand kurz geschlossen und hierdurch abgebremst wird.

Bei der obenbeschriebenen Steuervorrichtung ist die vom Eingang 45 aufgenommene Steuerstromaufnahme in der Größenordnung von wenigen Milliampere. Auch der Ladestrom, der dauernd vom Akkumulator 4o aufgenommen wird, ist in der Größenordnung weniger Milliampere. Dementsprechend kann die Leistungsaufnahme sehr niedrig bleiben und es ist deshalb möglich, eine große Anzahl von Ventilen durch eine einzige eigensichere Stromversorgung zu betreiben. Andererseits können aus den Akkumulatoren verhältnismäßig hohe Arbeitsströme entnommen werden, sodaß die Ventile in wirksamer Weise betätigt werden. Insbesondere ist es möglich, Ventile mit verhältnismäßig großen Durchtrittsquerschnitten zu verwenden. Beispielsweise kann ein Ventil mit einer Bohrung von 2,5 mm Durchmesser mit einer Batteriespannung von 7 V und einem Begrenzerwiderstand von 3 Ohm betrieben werden, wobei ein Miniatur-Gleichstrommotor vom Typ Portescap 22 C 11-2o5 mit Getriebe B 24 vom Übersetzungsverhältnis 2o : 1 oder 32 : 1 verwendet wird und eine Kraftübersetzung durch den Exzenter von beispielsweise 1,75 : und wobei die Arbeitsgeschwindigkeit o,266 Sekunden oder

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ο,166 Sekunden, abhängig vom Getriebeübersetzungsverhältnis, beträgt. Unter diesen Umständen können noch bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn die Schubstange 18 verhältnismäßig dünn ist oder wenn Ventile verwendet werden, bei denen die Schubstange fortgelassen werden kann.

Die Schaltung kann in Bezug auf Eigensicherheit noch verbessert werden. Der Ladewiderstand 43 und die Eingangswiderstände 47, 48 befinden sich zwischen den externen elektrischen Verbindungen und dem Ladestromkreis sowie dem Transistorschaltkreis und diese Widerstände können große Werte erhalten, um den Leistungsdurchtritt so weit noch nötig zu begrenzen. Wenn ein sehr großes Ventil betätigt werden soll, kann ein stärkerer Akkumulator ohne Begrenzungswiderstand verwendet werden und in diesem Falle müssen Batterie und Motor; in einem flammensicheren Gehäuse untergebracht werden, das den Bedingungen der Eigensicherheit entspricht und die Eingänge für die Batterieladung und die Steuerimpulse müssen eigensicher ausgeführt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der obenstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann z.B. bei der Ausführung der Fig. 4 das Ventil, obwohl es in diesem Zusammenhang als Pilotventil beschrieben worden ist, einen ausreichend großen Durchtrittsquerschnitt haben, um als unmittelbares Steuerventil mit einem Rückzylinder oder einem anderen Druckmxttelverbraucher verbunden zu werden. Auch können die Transistorschaltkreise durch geeignete integrierte Schaltkreise ersetzt werden, sodaß die Arbeitsströme auf einige wenige Microampere verringert werden können.

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Außerdem können, wenn die Stromentnahme gering ist, die Akkumulatoren durch nicht wiederaufladbare Batterien ersetzt werden, sodaß die Dauerladung unterbleiben kann wenn inkauf genommen werden kann, daß die Batterien von Zeit zu Zeit, beispielsweise alle zwei Jahre, ersetzt werden müssen.

Auch kann die Handbetätigung dahingehend abgeändert werden, daß sie eine Bewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt ermögli'cht.

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Claims

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G 1ο -

Dobson Park Industries Pic

Steuervorrichtung zum Steuern der Druckmittelzufuhr zu druckmittelbetriebenen Vorrichtungen, insbesondere in untertägigen Grubenbetrieben.

Ansprüche:

.jSteuervorrichtung zum Steuern der Druckmittelzufuhr zu druckmittelbetriebenen Vorrichtungen, insbesondere in untertägigen Grubenbetrieben, die mindestens ein elektrisch betätigtes Druckmittelventil enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein durch einen Elektromotor (4) betriebenes Ventil (3) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Gleichstrommotor ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichnet, daß der Motor (4) so ausgebildet ist, daß seine Stromaufnahme im wesentlichen konstant ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennz eichnet, daß im Gehäuse des motorbetriebenen Ventils (3) eine Schaltung (5) angeordnet ist, die einen konstanten Strom abgibt.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (3) bei stillstehendem, unter stromstehendem Motor (4) in seiner Stellung verbleibt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromstoß verwendet wird, um den Motor (4) in die Öffnungsstellung des Ventiles (3) zu bewegen, in der es gehalten wird und ein weiterer Stromstoß dazu den Motor (4) in die Schließstellung des Ventils (3) zu bewegen.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (3) als Kugelventil ausgebildet ist und eine oder mehrere Kugeln (15, 16) und eine Schubstange (18) enthält, die auf die Kugel oder Kugeln (15, 16) einwirkt und die getrieblich mit dem Motor (4) über einen zwischen Endstellungen beweglichen Exzenter (24) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endstellung des Exzenters (24) zum Zwecke der Verriegelung an oder kurz hinter einem Totpunkt angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das motorgetriebene Ventil (3) bzw. der Motor (4) aus einem Akkumulator (4o) angetrieben wird, der aus der Stromversorgung (1) aufgeladen wird.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstöße von einer Schaltvorrichtung (2) ausgehen und gesteuert werden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (4o) dazu dient, das Ventil (3) in die Schließstellung zu bringen, wenn die Stromzufuhr von der Stromversorgung (1) bzw. Schaltvorrichtung (2) unterbrochen wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1o oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Motor (4) ein Nockenschalter (42) getrieblich verbunden ist, der zwischen dem Akkumulator (4o) und dem Motor (4) angeordnet ist und der den Motor (4) bei vorbestimmten Winkelstellungen stoppt.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1o bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse des Motors (4) bei Trennung von der Stromversorgung kurzgeschlossen werden.

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