DE3427736A1

DE3427736A1 - Steuerventil

Info

Publication number: DE3427736A1
Application number: DE19843427736
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 5802 Wetter Becker; Ernst 4330 Mülheim Mateja
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1986-02-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil mit einem bistabilen Magnettrieb aus einem axial magnetisierbaren Dauermagneten mit beidseitig angeordneten Polschuhen und getrennt steuerbaren Schaltspulen sowie einem koaxial dazu angeordneten und mit den Venti1schieberkolben verbundenen Betätigungsstößel aus nicht magnetisierbarem Material, der von einem Zylinder mit mit den Polschuhen korrespondierend angebrachten Umf angsri ngen aus magnetisierbarer!) Material umgeben ist, insbesondere für den Einsatz im hydraulischen Schreitausbau des Berg- und Tunnelbaues.

Derartige Steuerventile zeichnen sich djrch eine kompakte Bauweise aus, wobei sie aufgrund des bistabilen magnetischen Antriebs- und Stellgliedes mit kurzen Schaltzeiten und großen Schaltwegen arbeiten. Sie arbeiten unabhängig von einer separaten hydraulischen Vorsteuerung ausschließlich über elektrische Energie, so daß sie bei geringem Verschleiß auch wesentlich weniger störanfällig sind, als die kombinierten Steuerventile mit hydraulischer Vorsteuerung. Nachteilig bei den bekannten Steuerventilen ist allerdings, daß sie bei Stromausfall von Hand praktisch nicht mehr schaltbar sind, so daß ihr Einsatz insbesondere im Schreitausbau des untertägigen Berg- und Tunnelbaues nur mit entsprechenden zusätzlichen Hilfsmaßnahmen und Sicherheitsvorkehrungen möglich ist. Eine ausgesprochene Totmannsicherung haben derartige Steuerventile ebenfalls nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch in Haveriefallen einwandfrei handhabbares, elektrodirektbetätigtes Ventil mit Totmannsicherung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Betätigungsstößel über das Ventilgehäuse vorstehend ausgebildet ist, das beidseitig des Betätigungsstößels Stützführungen am Ventilgehäuse außen angebracht sind und daß

ein in die Stützf ührung.en eingreifender Zylinder mit einem darin geführten, über einen" Exenterhebel axial gegen eine Druckfeder verschiebbar angeordneten und mit dem Betätigungsstößel verbindbaren Kolben vorgesehen ist.

Ein derartiges Steuerventil kann vorteilhaft in Haveriefällen, d.h. insbesondere bei Stromversorgungsausfan direkt von Hand betätigt werden, ohne daß weiteres Handwerkzeug dazu benötigt wird. Vorteilhaft dabei ist, daß der den Exenterhebel aufweisende Zylinder auch vom jeweiligen Steuerventil ohne Schwierigkeiten abmontiert werden kann, um so zu verhindern, daß Unberechtigte oder Unwissende diesen Handbetätigungshebel betätigen, um so das Steuerventil fälschlicherweise zu betätigen. Aufgrund seiner geringen Abmessungen kann das Ventil ohne weiteres von den berechtigten Personen auch mitgeführt und so im Bedarfsfalle jeweils auf das Ventilgehäuse aufgesetzt und in Gang gesetzt werden. Mit Hilfe des Betätigungsstößels kann die jeweilige Schaltposition genau den Notwendigkeiten entsprechend eingestellt werden, wobei der Betätigungsstößel in die Ausgangslage sofort zurückgedrückt wird, wenn der Exenterhebel losgelassen wird. Damit ist eine Totmannsicherung geschaffen, die in Notfällen den das Schreitausbausystem ietätigenderf s.cMitzt. Das Zurückschwenken des Betätigungsstößels erfolgt dadurch, daß beim Eindrücken des Exenterhebels die Druckfeder automatisch mit vorgespannt wird, so daß fi'r das automatische Rückschwenken die nachfolgende Federspannung ausreichend ist. Die entsprechende Ausbildung des Steuerventils bzw. des zugeordneten Zylinders ist darüberhinaus deshalb sehr vorteilhaft, weil die zum Lösen der Magnetkontakte anfangs aufzubringende Kraft voll dafür zur Verfügung steht, ohne durch die Vorspannung der Feder mitbeansprucht zu werden. Nach dem Lösen des Kontaktes ist der weitere Verschiebeweg nicht erschwert, so daß die Feder leicht vorgespannt werden kann, wobei beim Annähern der nächsten Pole die für das

Verschieben des Betätigungsstößels notwendige Kraft sogar noch entlastet wird. Beim Rückholen des Kolbens durch die Druckfeder wird der Betätigungsstößel automatisch mitgezogen, da beide miteinander verbunden sind bzw. zu verbinden sind.

Um das Verbinden von Betätigungsstößel und Kolben leicht und praktisch automatisch bewerkstelligen zu können, ist nach einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Betätigungsstößel endseitig einen mit Kragen ausgerüsteten Kopf und der Kolben einen zangenartigen, mit dem Kopf korrespondierend ausgebildeten Ansatz aufweist. Beim Aufschieben des Zylinders kann dieser zangenartige Ansatz so über den Kopf des Kolbens geschoben werden, daß die Zangenenden sich unter den Kragen legen, so daß bei entsprechender Betätigung des Exenterhebel s und damit, des Kolbens der Betätigungsstößel automatisch so wie beabsichtigt verschoben wird. Dadurch, daß die Zwangsführungen auf dem Ventilgehäuse vorgesehen sind, in die der Zylinder eingeschoben wird, ist ein Einrasten bzw. Miteinanderverbinden von Kolben und Betätigungsstößel einfach gegeben. Dies insbesondere dann, wenn der Betätigungsstößel mit Kopf erfindungsgemäß einen in der unteren Schaltst.ellung verbleibenden Überstand über dem Venti1 gehäuse aufweisend ausgebildet ist. Dabei ist dieser Überstand so. bemessen, daß die Zangenspitzen sicher zwischen den Kragen des Kopfes und die Oberseite des Ventilgehäuses geschoben werden können.

Das Aufschieben wird dabei zusätzlich dadurch erleichtert, daß der Ansatz schwenkbar mit dem Kolben verbunden ist, wobei der Ansatz allerdings in einer entsprechenden Bohrung bzw. Ausnehmung des Ventilgehäuses sicher geführt ist. Diese geringe Verschwenkbarkeit des Ansatzes reicht aber aus, um das Aufschieben des zangenartigen Ansatzes auf den Kopf zu erleichtern.

Nach längerem Ein.satz der Steuerventile oder bei auftretenden Beschädigungen kenn es zweckmäßig sein, daß der Ansatz zwei gegenüberliegende, schwenkbar befestigte Haken aufweist. Diese Haken erleichtern ein Untergreifen des Kopfes des Betätigungsstößels insbesondere dann, wenn wie nach der weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, die Haken von außerhalb des Zylinders betätigbar sind. Der Zylinder weist hierzu zweckmäßig im oberen Bereich Ausnehmungen oder Bohrungen auf, so daß oben her bei Bedarf die schwenkbar befestigten Haken unter den Kragen des Kopfes geschoben werden können.

Nach einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, daß der Kolben über ein Kniehebelsystem im Zylinder verschieblich geführt ist, dessen Schwenkhebel von^einer Druckfeder belastet ist. Auch hier ist somit über die Druckfeder die Totmannschaltung gegeben, da bei einem Loslassen des Schwenkhebels dieser automatisch über die Druckfeder zurückgeschwenkt wird, so daß der Kolben im Zylinder hochgezogen und damit der Betätigungsstößel in seine Ausgangslage zurückgezogen wird. Eine solche Ausbildung kann beispielsweise mit den schwenkbaren Haken verbunden werden, wobei dann übsr das Kniehebel system sogar ein entsprechender .Schwenkvorgang miterzeugt werden kann.

Weiter ist es nach einer Ausbildurg der Erfindung vorgesehen, daß der Kolben und die Druckfeder getrennt im Zylinder über ein Doppel kniehebel system beeinflußbar angeordnet sind. Ein solches System ist zwar von der Konstruktion her aufwendig, hat aber den Vorteil, daß dia Druckfeder gesondert untergebracht und somit leicht zugänglich und bei Bedarf auswechselbar ist. Auch hier wirkt die Druckfeder so, daß über die Totmannschaltung die erforderliche Sicherheit gewährleistet ist.

Eine weitere zweckmäßige Ausbildung des Steuerventils sieht vor, daß dem Kolben ein ihn beeinflussendes Drehteil mit schräger Kugelbahn zugeordnet ist. Hier wird der notwendige Druck auf den Kolben bzw. den Betätigungsstößel durch die Drehbewegung hervorgerufen, wobei die Totmannschaltung durch die schräge Kugelbahn gewährleistet ist, da hierüber ein automatisches Zurückziehen des Betätigungsstößels im Notfall bzw. bei Loslassen des Hebels bzw. Drehknopfes erfolgt.

Schließlich ist es auch möglich, daß der Kolben in einem zylindrischen Raum des Zylinders angeordnet und hydraulisch steuerbar ausgebildet ist. Hiermit wird zwar auf die an sich als nachteilig für derartige Zusatzsteuersysteme erkannte hydraulische Steuerung zurückgegriffen, doch ist diese vom eigentlichen Steuerventil so weit getrennt, daß sich insbesondere bei vorhandenem Hydraulikversorger eine entsprechende Schaltung als zweckmäßig ergeben kann.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die elektrodirektbetätigten Ventile nunmehr im Bedarfsfall, d.h. insbesondere im Haveriezustand auch sicher von Hand betätigt werden können, ohne daß dazu zusätzliches Handwerkszeug benötigt wird und daß sicherstellt, daß das Ventil bei Loslassen des Exenterhebels automatisch in seine Ausgangslage zurückschaltet. Damit ist in vorteilhafter Weise eine Totmannschaltung gegeben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der be/orzugte Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den oberen Teil des Ventils mit Haveriebetätigungsteil,

Fig. 2 eine andere Ausbildung des für das Haverieteil vorgesehenen Exenterhebels,

Fig. 3 eine weitere Ausbildung des Haveriebetätigungsteiles, teilweise im Schnitt,

Fig. 4 ein Haveriebetätigungsteil mit Doppelkniehebelsystem,

Fig. 5 ein Drehteil mit schräger Kugelbahn und Fig. 6 ein hydraulisches schaltendes Haverier und Fig. 7 ein weiteres mechanisches Betätigungsteil

Fig. 1 und auch die nachfolgenden Figuren beschäftigen sich im wesentlichen mit dem Haveriebetätigungsteil, das oben auf das Ventilgehäuse 1 aufgesetzt ist. Der aus denrr -Ventilgehäuse 1 herausragende Betätigungsstößel 2 ist über diese hinausgeführt und im oberen Teil so ausgebildet, daß er leicht mit dem Haveriebetätigungsteil verbunden werden kann. Haveriebetätigungsteil und Ventilgehäuse sind über die dem Ventilgehäuse 1 zugeordneten Stützführungen zu verbinden, d.h. das Haveriebetätigungsteil mit dem Zylinder 6.wird in die Stützführungen 4 eingeschoben und nimmt dann immer die gleiche Position ein, so daß ein wirksames Verbinden auch mit dem Betätigungsstößel autcmatisch erreicht wird.

Das Gehäuse 7 des Zylinders 6 nix.mt im Bereich des Greiferraumes 8 einen mit dem Kolben 9 verbundenen zangenartigen Ansatz Io auf. Dieser zangenartige Ansatz Io wird über den entsprechend ausgebildeten Betätigungsstößel 2 verbunden, um so sicherzustellen, daß beide Teile während des Handbetriebes wirksam miteinander verbunden bleiben.

Ebenfalls im Gehäuse 7 ist die Druckfeder 11 untergebracht, die den Kolben 9 umgebend angeordnet ist. Die Druck-

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feder Π stützt sich zum einen auf dem Zwischenboden im Gehäuse 7 ab und zum anderen am Bund 18 des Kolbens 9.

Der Kolben 9 ist über den Exenterhebel 12 belastet, der endseitig einen Handknauf 13 aufweist, wie Fig. 2 verdeutlicht und der bei entsprechendem Verschwenken des Exenterhebels 12 mit dem Handknauf 13 den Kolben 9 gegen die Druckfeder 11 nach unten drückt. Der Kolben 9 seinerseits drückt über den zangenartigen Ansatz Io auf den Betätigungsstößel 2 des Ventils, so daß dieses von der einen Schaltstellung in die andere gezwungen wird. Die dabei aufgebrachte Kraft ist so groß, daß die bestehenden magne;ischen Kräfte ohne weiteres überwunden werden. Dabei wirkt sich vorteilhaft aus, daß im Anfang, d.h. beim Überwinden der magnetischen Kräfte die für das Vorspannen der'Druckfeder 11 benötigten Kräfte noch verhältnismäßig gering sind.

Der Betätigungsstcßel 2 weist endseitig einen Kopf 15 mit einem so weit vorstehenden Kragen 14 auf, daß der zangenartige Ansatz Io immer sicher darübergeschoben wird, wenn das Gehäuse 7 bzw. der Zylinder 6 in die Stützführungen 4 eingeschoben wird. Der zangenartige Ansatz Io und Betätigungsstößel 2 sind dabei losbar miteinander verbunden, wobei durch Herausschlagen des Splintes 14 jederzeit der Verbund zwischen Ansatz Io und Betätigungsstößel aufgehoben werden kann.

Fig. 3 zeigt zunächst eine Ausführungsform, bei der die notwendige Verbindung zwischen Kolben 9 und dem Betätigungsstößel 2 durch verschwenkbar angeordnete Haken 2o,

21 herbeigeführt wird. Diese Haken 2o, 21 sind am Querteil 23 verschwenkbar angebracht, wobei im Bedarfsfall ein sicheres Unterfassen der Haken 2o, 21 unter den Kragen 14 dadurch sichergestellt ist, daß die Haken über die Bohrung

22 von oben her zugänglich und zu beeinflussen sind. Sie

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können somit im Bedarfsfall von oben her unter den Kragen 14 des Betätigungsstößel kopfes geschoben werden.

Oberhalb und mit dem radial verschiebbar an Kolben 9 verbunden ist ein Kniehebel system 24, dessen Schwenkhebel 25 nur gegen die Kraft der Druckfeder Π verschwenkt werden kann. Bei einer entsprechenden Betätigung wird auch hier der Kolben 9 nach unten gedruckt, so daß über den Betätigungsstößel 2 das Ventil zwangsweise geschaltet wird. Wird der Schwenkhebel 25 losgelassen, so zwingt die Druckfeder Π ihn in die Ausgangsstellung zurück, d.h. der Kolben 9 und der daran befestigte Betätigungsstößel 2 werden automatisch in die Ausgangsstellung zurückgezogen.

Ähnlich aufgebaut ist das in Fig. 4 «gezeigte Teil, wobei hier ein Doppel kniehebel system 27 zum Einsatz kommt. Dieses Doppelkniehebelsystem beeinflußt einmal wie gehabt den Betätigungsstößel 2 über den Kolben 9¹, Io und gleichzeitig die Druckfeder Π über das entsprechende Schwenkteil im oberen Teil des Zylinders. Über dieses zusätzliche Schwenkteil wird die Druckfeder 11 vorgespannt, so daß beim Loslassen des Schwenkhebels 25 dieser und damit auch der Betätigur.gsstÖßel 2 automatisch in die Ausgangslage zurückge· schwenkt wird.

Fig. 5 verdeutlicht schematisch die Ausbildung eines Haveriebetätigungssystems, bei dem übar ein Drehteil 28 und eine schräge Kugelbahn 29 sowie die darin geführte Kugel 3o anstatt der Druckfeder hier einmal ein Verfahren des nicht dargestellten Kolbens 9 in Axialrichtung und auch sein Zurückschwenken gegeben ist.

Fig. 6 schließlich stellt ein hydraulisch betätigtes Haveriebetätigungsteil dar, wozu im oberen Teil des Gehäuses 7 ein zylindrischer Raum 32 ausgebildet ist, der den Kolben

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9 mit Kolbenstange 35 aufnimmt. Der Kolben 9 ist über d.i e Dichtung 34, die Kolbenstange 35 über die Dichtung 3-3 abgedichtet, so daß durch Zuleitung von Hydraulikflüssigkeit zu einem der dargestellten Anschlüsse der Kolben 9 entweder kolbenseitig oder kolbenstangenseitig belastet werden kann. Entsprechend schiebt er den Betätigungsstößel 2 in Richtung Ventilboden oder aber er zieht ihn in die Ausgangslage zurück. Über die entsprechende Schaltung ist auch hier eine "Totmannschaltung" gegeben.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der auch bei aufgesetztem Haverie-Betätigungshebel eine einwandfreie elektrische Betätigung möglich ist. Hierzu ist zwischen dem Kopf 15 des Betätigungsstößels 2 und der Unterseite des zangenartigen Ansatzes Io ein Abstand 36 vorgesehen. Auf diese Weise ist dem Kopf 15 eine Bewegungsmöglichkeit gegeben, die dem Magnethub entspricht, somit kann das Ventil elektrisch ohne weiteres schalten. Die Handbetätigung erfolgt durch Bedienung des Handknaufes 13 und den Exzenterhebel 12. Über die Stirnfläche 38 erfolgt die Handbetätigung des Ventils, während die Stirnfläche 37 die Leer!aufstel1ung wiedergibt.

Claims

Thyssen Industrie AG, r/Bergbautechnik, Ehinger Straße 80, 41oo Duisburg 28 Steuerventil Patentansprüche

1. Steuerventil mit einem bistabilen Magnettrieb aus einem axial magnetisierbaren Dauermagneten mit beidseitig angeordneten Polscnuhjn und getrennt steuerbaren Schaltspulen sowie einem koaxial dazu angeordneten und mit den Ventilschieberkolben verbundenen Betätigungsstößel aus nicht magnetisierbarem Material, der von einem Zylinder mit mit den Polschuhen korrespondierend angebrachten Umfangsringen aus magnetisierbarem Material umgeben ist, insbesondere für den Einsatz im hydraulischen Schreitausbau des Berg- und Tunnelbaus,

dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (2) über das Ventilgehäuse (1) vorstehend ausgebildet ist, das beidseitig des Betätigungsstößels Stützführungen (4) am Ventilgehäuse außen angebracht sind und daß ein in die Stützführungen eingreifender Zylinder

(6) mit einem darin geführten, über einen Exenterhebel (12) axial gegen eine Druckfeder (11) verschiebbar angeordneten und mit dem Betätigungsstößel verbindbaren Kolben (9) vorgesehen ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (2) endseitig einen mit Kragen (14) ausgerüsteten Kopf (15) und der Kolben (9) einen zangenartigen, mit dem Kopf korrespondierend ausgebildeten Ansatz (lo) aufweist.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betäti gunrjsstößel (2) mit Kopf (15) einen in der unteren Schaltstel1ung verbleibenden Überstand über dem Ventilgehäuse (1) aufweisend ausgebildet ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (lo) schwenkbar mit dem Kolben (9) verbunden ist.

5. Steuerventil nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz (lo) zwei gegenüberliegende, schwenkbar befestigte Haken (2o, 21) aufweist.

6. Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haken (2o, 21) von außerhalb des Zylinders (6) betätigbar sind.

7. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (9) über ein Kniehebelsystem (24)' im Zylinder (6) verschieblich geführt ist, dessen Schwenkhebel (25) von einer Druckfeder (Π) belastet ist.

8. Steuerventil nach Anspruch 1 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet» daß der Kolben (9) und die Druckfeder (11) getrennt im Zylinder (6) über ein Doppel kniehebel system (27) beeinflußbar angeordnet sind.

9. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kolben (9) ein ihn beeinflussendes Drehteil (28) mit schräger Kugelbahn (29) zugeordnet ist.

lo. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (9) in einem zylindrischen Raum (32) des Zylinders (6) angeordnet und hydraulisch steuerbar ausgebildet ist.