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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für hydraulische
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Schubkolbengetriebe, insbesondere für im untertägigen Bergbau eingesetzten
Schreitausbau mit einem Gehäuse, das zwei in parallelen Bohrungen gegen die Kraft
von Rückstellfedern über einen Schwenkhebel verschieblich angeordnete Schieberkolben
aufnimmt, die durch Dichtringe abgedichtete Bohrungsabschnitte mit Kammern und zu
weiterführenden Anschlüssen führenden Kanälen überfahrend ausgebildet sind und die
die Rückstellfeder aufnehmende Längsbohrungen besitzen.
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Derartige Steuerventile werden im untertägigen Bergbau, insbesondere
im Steinkohlenbergbau verwendet, um die dort insbesondere im Strebbereich eingesetzten
Schreitausbaugestelle zu betreiben. In diesen Schreitausbaugestellen sind eine Anzahl
von Schubkolbengetrieben eingesetzt, deren Kammern zum Betrieb wechselseitig gefüllt
oder entleert werden müssen und deren Zuleitungen wahlweise alle geschlossen oder
von denen nur eine geschlossen gehalten wird. Derartige Schubkolbengetriebe werden
sowohl für das Heben und Senken der Kappen derartiger Schreitausbaugestelle wie
auch für das Schrägstellen der gesamten Kappe oder eines Teiles derselben eingesetzt.
Weitere Schubkolbengetriebe werden beispielsweise benötigt, um das Schreitausbaugestell
hinter dem Förderer her in Richtung Abbaufront zu bewegen.
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Bekannt ist eine Steuerung für hydraulische Stempel von Schreitausbaugestellen
(DE-OS 33 ol 674), bei der Raub-, Setz-, entsperrbare Rückschlag- und Druckbegrenzungsventile
für die Steuerung benötigt werden. Solche Ventile sind als Sitzventile ausgebildete
3/2-Wegeventile, die jedoch ganz erhebliche Steuerkräfte benötigen, so daß häufig
zusätzlich Vorsteuerventile eingesetzt werden müssen. Um derartige Vorsteuerventile
zu vermeiden, ist gemäß der DE-OS 32 23 591 ein Schieberventil entwickelt worden,
mit dem ein Teil der benötigten Funktionen in einem Block gesteuert wird, während
aber
zusätzlich entsperrbare Rückschlag- und Überdruckventile erforderlich sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun. die Zahl der je Ausbaugestell
benötigten Ventile ei ansonsten gleicher Leistung zu vermindern und dazu ein einfaches
Steuerventil mit geringen Baumaßen zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von den mit
der Kolben- und der Kolbenringseite verbundenen Schieberkolben einer an die Hochdruckleitung
und der andere an die Rücklaufleitung angeschlossen und beide am der Anschlußplatte
gegenüberliegenden Ende über einen waagebal kenähnlichen Hebel miteinander verbunde
sind.
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Über die Verbindung beider Schieberkolben durch den waagebalkenähnlichen
Hebel wird erreicht, daß beide den gleichen Weg bei Verschwenken des Hebels zurücklegen,
allerdings in der entgegengesetzten Richtung. Dadurch und durch die Zuordnung des
einen zur Hochdruckleitung und des anderen zur Rücklaufleitung kann mit einem und
demgleichen Steuerventil gleichzeitig auch die Funktion eines entsperrbaren Rückschlagventiles
wahrgenommen werden. Auf diese zusätzlichen Ventile kann somit bei Verwendung des
erfindungsgemäßen Steuerventils verzichtet werden.
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Gemäß einer Ausbildung der Erfindung wird die Funktionstüchtigkeit
des Steuerventils dadurch gewährleistet, daß die an die Kanäle anschließenden Ringkammern
in den Wandungen beider, durchgehend ausgebildeter Bohrungen in der gleichen Ebene
angeordnet sind. Dadurch wird beim Bewegen beider Schieberkolben jeweils in die
entgegengesetzte Richtung ein entsprechender, abgestimmter Steuervorgang ermöglicht,
ohne daß dazu zusätzliche Ventile benötigt werden.
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Soll ein derartiges Steuerventil von Handsteuerung auf Pilotsteuerung
umgestellt werden oder soll es von vornherein entsprechend ausgebildet sein, so
ist dies ohne bauliche Änderung möglich, da nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
vorgesehen ist, daß beide Schieberkolben Federkammern aufweisen, die über Kanäle
mit der Anschlußplatte zugeordneten Anschlüssen für eine Pilotsteuerung verbindbar
sind. Es ist also lediglich notwendig, die beiden Leitungen der Pilotsteuerung an
das Steuerventil anzuschließen, um dann die Funktion des Handhebels durch Beaufschlagen
der beiden Schieberkolben ferngesteuert vornehmen zu können.
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Vorteilhaft ist, daß hierzu keinerlei bauliche Veränderungen notwendig
sind, weil das Steuerventil von vornherein ohne großen Aufwand für beide Ansteuerungsarten
ausgebildet und vorbereitet ist. Zweckmäßigerweise ist die Rückstellfeder zwischen
dem unteren Ende der Längsbohrung und einem Federteller eingespannt, der sich über
einen Abstandsnocken auf einem in die Bohrung eingesetzten Verschlußstück abstützt.
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Auf diese Art und Weise sind große Flächen vorhanden, über die bei
eingesetzter Pilotsteuerung die Betätigung des Steuerventils bewerkstelligt werden
kann.
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Um die notwendigen Rückstellkräfte bei Betätigen des Hebels zu gewährleisten,
ist erfindungsgemäß parallel zur Rückstellfeder eine den Schieberkolben umgebende
Zusatzfeder vorgesehen, die sich auf dem erweiterten Federteller abstützt und deren
Federkammer mit den Kanälen und der anderen Federkammer in Verbindung steht.
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Zur Erreichung möglichst großer Flächen für die Druckflüssigkeit
sind oberhalb und unterhalb der der Hochdruckleitung bzw. der Rücklaufleitung zugeordneten
Ringkammern die mit den Kolbenseiten verbundenen Ringkammern angeordnet und diagonal
über Kanäle miteinander und druckseitig mit den Kolbenseiten verbunden. Alle Ringkammern
sind gleich
ausgebildet und bei beiden Schieberkolben in der gleichen
Ebene vorgesehen, wie bereits weiter vorne erläutert worden ist. Beim Betätigen
des Hebels und damit Verschieben der Schieberkolben werden somit immer zum gleichen
Zeitpunkt und gleichmäßig die einzelnen Ringkammern angefahren bzw.
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miteinander verbunden.
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Zur Betätigung bzw. zum Wirksamwerden des Steuerventils reichen vorteilhaft
kurze Wege aus, da nach einer ;eckmäßigen Ausbildung der Erfindung die der Hochdruckleitung
bzw. der Rücklaufleitung zugeordneten Ringkammern kurzer bemessen sind als die darüber
bzw. darunter ausgebildeten Ringkammern, vorzugsweise 50 % der Länge aufweisen.
Die Schieberkolben brauchen somit nur einen relativ kurzen Weg verschoben zu werden,
um die einzelnen Rigkammern funktionsgemäß miteinander zu verbinden und damit das
Befüllen oder Entleeren der Kolbenseiten zu erreichen.
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Die Baumaße eines entsprechenden Steuerventils sind überraschend
gering aufgrund der beschriebenen kurzen von den Schieberkolben zurückzulegenden
Wege. Außerdem trägt zur Vereinfachung und Optimierung des Steuerventils bei, daß
die Kanäle aller Ringkammern erfindungsgemäß zur Anschlußplatte geführt und mit
Anschlüssen dort versehen sind.
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Es ist somit eine zentrale Anschlußplatte vorhanden, an der alle Anschlüsse
funktionsmäßig vorhanden sind und die entsprechend zweckmäßig auch so abgedichtet
werden kann, daß Lekagen nicht auftreten. Gleichzeitig kann damit das gesamte Gehäuse
des Steuerventils auch so aufgebaut werden, daß es ohne großen Aufwand gefertigt
und auch montiert werden kann.
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Zur Verbindung der einzelnen Ringkammern beim Verschieben der Schieberkolben
ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schieberkolben innenliegende Ventilkolbenkammern
mit
Radialbohrungen aufweisen, die mit den Ringkammern korrespondierend
in mehreren Ebenen angeordnet sind, wobei zwischen den Ringkammern ins Gehäuse eingelassene
Dichtringe vorgesehen sind. Über die Dichtringe wird die Abdichtung zwischen den
einzelnen Ringkammern ohne weitere Hilfsmittel gewährleistet und zwar vorteilhaft
auch bei dem sich verschiebenden Schieberkolben. Durch die Verwendung der Ventilkolbenkammern,
die immer mit Druckflüssigkeit gefüllt sind, ist erreicht, daß die in Nuten einsitzenden
Dichtringe beim Überfahren der jeweiligen Radialbohrung in diese Nut hineingedrückt
werden. Der Verschleiß der Nutringe ist damit wesentlich reduziert, bei vollständiger
Abdichtung im übrigen.
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Zweckmäßigerweise weist der Schieberkolben der Druckseite bei Aktivstellung
eine die oberen oder die unteren Ringkammern verbindende Ventilkolbenkammer und
der der Rücklaufseite zugeordnete Schieberkolben zwei Ventilkolbenkammern auf, von
denen eine die mittlere Ringkammer und die untere und die andere Ventilkolbenkammer
die mittlere und die obere Ringkammer bei entsprechender Ventilstellung verbindet.
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So ist praktisch für alle einzelnen Ringkammern eine die dazwischen
angeordneten Dichtringe schonende Verbindungsmöglichkeit mit den jeweils benachbarten
Ringkammern gegeben und das, wie weiter oben bereits erwähnt, schon bei recht kurzen
Verschiebewegen.
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Je nach vorgesehener Funktion des zugeordneten Schubkolbengetriebes
sollen alle Zuleitungen geschlossen oder aber nur eine oder einige geschlossen gehalten
werden. Sollen alle Zuleitungen geschlossen bleiben, so wird dies erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß die Radialbohrungen der oberen Ventilkolbenkammer der Rücklaufseite
in Null-Stellung zwischen den oberen Dichtringen sitzend ausgebildet sind.
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Soll dagegen in der Null-Stellung der tolbenflächenkanal
oder
der Ringflächenkanal an die Rücklaufleitung angeschlossen bleiben, so wird dies
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Radialbohrungen der oberen Ventilkolbenkammer
der Rücklaufseite in Null-Stellung beidseitig des zwischen den Ringkammern positionierten
Dichtringes ausgebildet ist.
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Ebenso wie die obere Ventilkolbenkammer kann auch die untere Ventilkolbenkammer
der Rücklaufseite mit Radialbohrurgen versehen sein, die beidseitig des entsprechenden
Dichtringes positioniert sind. Auf diese Art und eise kann ohne großen Aufwand,
d.h. durch Auswechselung des Schieberkolbens der Rücklaufseite das Steuerventil
so umgerüstet werden, daß es die jeweils vorgesehene Funktion voll erfüllen kann.
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Dies wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung noch dadurch
erleichtert, daß der Schieberkolben der Rücklaufseite geteilt ausgebildet ist, wobei
beide Teile zwischen den beiden Ventilkolbenkammern eine lösbare Verbindung aufweisen.
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Hierbei braucht nur das jeweils obere Endstück bzw. Teil des Schieberkolbens
der Rücklaufseite ausgewechselt werden, während das untere Teil wieder mitverwendet
werden kann oder aber auch umgekehrt, wenn die untere Ventilkolbenkammer anders
angesetzte bzw. positionierte Radialbohrungen haben muß.
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Zur Erzielung großer Druchflußmengen ist es zweckmäßig, die außenseitigen
Radialbohrungen der beiden Ventilkolbenkammern der Rücklaufseite einen vergrößerten,
vorzugsweise um loo % vergrößerten Durchmesser gegenüber den innenliegenden Radialbohrungen
aufweisen zu lassen. Die Dichtringe werden bei einer derartigen Ausbildung nicht
stärker beansprucht, weil die vergrößerten Radialbohrungen ja so angeordnet sind,
daß von ihnen Dichtringe beim Verschieben der Schieberkolben nicht überfahren werden.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein in
der Herstellung einfaches Steuerventil geschaffen
ist, das in seinem
Aufbau noch dadurch vereinfacht wird, daß die Ringkammern und die Kanäle zumindest
teilweise in einem ringförmigen Futter ausgebildet sind, das die Schieberkolben
umgebend in die parallelen Bohrungen eingeführt und dort festgelegt ist. Damit wird
auch die Anordnung der Dichtringe erleichtert, die in entsprechende Nuten eingelassen
sind. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Steuerventil darüberhinaus deshalb, weil
es gleichzeitig auch die Funktion des bisher üblichen entsperrbaren Rückschlagventils
mit übernimmt. Ein Überdruckventil ist allerdings auch für ein derartiges Steuerventil
unerläßlich. Immerhin kann auf diese Art und Weise der Investitions- und auch der
Wartungsaufwand wesentlich verringert werden, weil weniger und im Aufbau einfachere
Ventile benötigt werden. Vorteilhaft ist schließlich noch, daß durch einfache Umrüstarbeiten
Steuerventile für verschiedene Funktionen bzw. verschiedene Funktionen erfüllende
Schubkolbengetriebe bereitgestellt werden können.
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Durch die im übrigen gleiche Bauart werden ebenfalls Investitionskosten
wesentlich vermindert.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der zwei bevorzugte
Ausführungsbeispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt
sind. Es zeigen: Fig. 1 ein Steuerventil im Schnitt, bei dem alle Zuleitungen in
Null-Stellung geschlossen sind, Fig. 2 das Schaltschema eines derartigen Steuerventils,
Fig. 3 ein Steuerventil gemäß Fig. 1 im Ausschnitt, bei dem die Kolbenringflächen
jeweils an die Rücklaufleitung in Null-Stellung angeschlossen bleiben,
Fig.
4 das Schaltschema des in Fig. 3 im Ausschnitt gezeigten Steuerventils, Fig. 5 eine
vereinfachte Darstellung des in Fig.
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3 wiedergegebenen Steuerventils in zwei unterschiedlichen Steuerstel
lungen und Fig. 6 eine vereinfachte Darstellung des Steuerventils nach Fig. 1 in
zwei unterschiedlichen Steuerstellungen.
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Die in den Fig. 1 und 3 wiedergegebenen Ausführungsformen des Steuerventils
1 entsprechen einander in allen wesentlichen Punkten. Von daher werden die Einzelheiten
des Steuerventils anhand der Fig. 1 erläutert. Bestehende Differenzen werden dann
ergänzend anhand der Fig. 3 beschrieben.
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Das Steuerventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem zwei parallel
zueinander verlaufende Bohrungen 3, 4 ausgebildet sind. In diesen Bohrungen 3, 4
sind Schieberkolben 5, 6 verschieblich geführt. Beide Schieberkolben 5, 6 weisen
gleich ausgebildete Rückstellfedern 7 und Zusatzfedern 8 auf, so daß sichergestellt
ist, daß sie jeweils in die Null-Stellung zurückschwenken, wenn der sie verbindende
Hebel lo losgelassen wird. Die Rückstellfeder 7 ist in einer in den Schieberkolben
5, 6 ausgebildeten Längsbohrung 9 gelagert, während die Zusatzfeder 8 diese umgebend
im Gehäuse in dem 2 bzw./darin eingeschobenen ringförmigen Futter ausgebildet sind.
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Über die Verbindung der Schieberkolben 5, 6 durch den Hebel lo ist
erreicht, daß bei Betätigen des Hebels der eine Schieberkolben den gleichen Weg
wie der andere zurücklegt, allerdings in die entgegengesetzte Richtung. Während
der Schieberkolben 5 nur an die Hochdruckleitung 11 angeschlossen ist, steht der
Schieberkolben 6 nur mit der Rücklaufleitung
12 in Verbindung.
Hierzu sind Ringkammern 15, 19 vorgesehen, denen beidseitig jeweils in den gleichen
Ebenen vorgesehene Ringkammern 14, 16 bzw. 18, 20 zugeordnet sind.
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Die Ringkammern 14, 15, 16 sind über Kanäle 17, die Ringkammern 18,
19, 20 über Kanäle 21 mit der Hochdruckleitung 11 bzw. der Rücklaufleitung 12 bzw.
miteinander verbunden. Der Verlauf der Kanäle 17, 21 innerhalb des Gehäuses 2 ist
hier nicht im einzelnen dargestellt. Alle Kanäle verfügen aber über Anschlüsse 22
am unteren Ende des Gehäuses 2.
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Die einzelnen Ringkammern 14, 15, 16 bzw. 18, 19, 20 sind untereinander
und dabei gleichzeitig die Schieberkolben 5 bzw. 6 abdichtend durch Dichtringe 23,
24, 25 voneinander getrennt gehalten.
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Zur Verbindung der jeweiligen Ringkammern 14, 15, 16 bzw. 18, 19,
20 sind in den Schieberkolben 5 Ventilkolbenkammern 28 bzw. im Schieberkolben 6
Ventilkolbenkammern 29, 30 ausgebildet. Alle diese Ventilkolbenkammern 28, 29, 30
weisen in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Radialbohrungen 31, 32, 33, 34 auf.
Wie die Fig. 1 verdeutlicht, sind diese Radialbohrungen 31, 33 bei der Ventilkolbenkammer
28 gleich bemessen, während bei den Ventilkolbenkammern 29, 30 die Radialbohrungen
33, 34 bzw. 31, 32 unterschiedlich groß bemessen sind. Hier sind die Radialbohrungen
32, 34 die keine Dichtringe 23, 24, 25 überfahren, größer bemessen, um eine größere
Durchflußmenge zu erreichen.
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Am unteren Ende des Gehäuses 2 ist eine Anschlußplatte 36 vorgesehen,
über die alle Anschlüsse 22 der einzelnen Kanäle 17, 21 und 11, 12 abdichtend fixiert
sind. Lekagen werden so auf einfache Art und Weise vermieden, wobei nur
hier
eine Abdichtung erfolgen muß, was erhebliche Vorteile mit sich bringt. Am gegenüberliegenden
Ende 37 sind Halteschrauben vorgesehen, mit denen die Montage wesentlich erleichtert
ist, weil bei Lösen dieser Schrauben das gesamte Innenleben des Gehäuses 2 entfernt
werden kann.
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Wie schon weiter oben erwähnt, sind nicht die Wandungen 38, 39 der
Bohrungen 3, 4 direkt mit den Ringkammern 14, 15, 16, 18, 19, 20 und den Kanälen
17, 21 versehen, sondern vielmehr weisen diese ein ringförmiges Futter auf, in das
alle diese Ausnehmungen und Kanäle eingebracht sind.
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Mit 40 ist die Federkammer für die Rückstellfeder 7 und mit 41 die
Federkammer für die Zusatzfeder 8 bezeichnet.
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Diese Federkammern 40, 41 sind über einen Kanal 42 mit entsprechend
der Anschlußplatte 36 zugeordneten Anschlüssen verbunden, über die eine Pilotsteuerung
angeschlossen werden kann. Dabei kann die Pilotsteuerung sowohl alleine vorgesehen
werden, d.h. ohne daß die Handsteuerung weiter betätigt wird und es ist auch möglich,
beide gleichzeitig wirksam werden zu lassen. Da wechselweise die Federkammern 40,
41 des Schieberkolbens 5 bzw. des Schieberkolbens 6 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt
werden, wird auch so das gleichmäßige Verschieben beider Schieberkolben 5, 6 gewährleistet,
die ja wie beschrieben über den Hebel lo, der waagebalkenähnlich ausgebildet ist,
miteinander verbunden sind. Über das Verschlußstück 43 ist ein zusätzlicher Abschluß
der Bohrungen 3, 4 geschaffen, auf das dann der Federteller 44 mit seinem Abstandsnocken
45 in Null-Stellung aufsitzt.
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Das Verschlußstück 43 bildet somit in gewisser Hinsicht das untere
Ende 46 der Längsbohrung 9 bzw. verschließt dieses untere Ende.
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Fig. 2 zeigt ein Schaltschema des anhand der Fig. 1 erläuterten Steuerventils
1, während Fig. 4 das in Fig.
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3 gezeigte Steuerventil mit Sinnbildern wiedergibt. Unterschiedlich
zu dem in Fig. 1 gezeigten Steuerventil 1 ist hier lediglich die Ventilkolbenkammer
30 ausgebildet. Genauer gesagt sind hier die Radialbohrungen 31, 32 so gelegt, daß
sie jeweils beidseitig des Dichtringes 23 liegen. Dadurch ist auch in der Null-Stellung
die Kolbenringseite jeweils mit der Rücklaufleitung 12 verbunden.
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Erläuternd hierzu zeigt Fig. 5 das Steuerventil nach Fig. 3 in Null-Stellung
und bei Beaufschlagung der Kolbenringseite. Fig. 5 verdeutlicht, daß auch in der
Null-Stellung die Ringkammern 14, 15 miteinander in Verbindung stehen, weil Druckflüssigkeit
über die Radialbohrungen 31 und 32 und die Ventilkolbenkammer 30 in die Rücklaufleitung
12 abfließen kann. Demgegenüber ist die Hochdruckleitung 11 wirksam gesperrt und
auch von der Kolbenseite 48 des Schubkolbengetriebes 47 kann Druckflüssigkeit nicht
abströmen.
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Die Kolbenringseite 49 dagegen steht, wie erläutert, mit der Rücklaufleitung
12 in Verbindung.
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Durch Bewegen des Hebels lo gemäß der rechten Seite der Fig. 5 aus
der Null-Stellung wird die Kolbenseite 48 des Schubkolbengetriebes 47 gefüllt und
gleichzeitig wird die Kolbenringseite 49 des Schubkolbengetriebes 47 entleert.
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Wird der Hebel lo in die umgekehrte Richtung geschwenkt, so wird die
Kolbenringseite 49 des Schubkolbengetriebes 47 gefüllt und die Kolbenseite 48 entsprechend
entleert.
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Bei dem in Fig. 5 wiedergegebenen Schubkolbengetriebe 47 handelt es
sich beispielsweise um einen üblichen Stempel mit Kolben 50 und Kolbenstange 51.
Das in Fig. 6 schematisch wiedergegebene Steuerventil 1 funktioniert auf die gleiche
Art und Weise. Lediglich ist hier durch die entsprechende Anordnung der Radialbohrungen
31, 32 sichergestellt, daß alle Zuleitungen in der Null-Stellung gesperrt sind.
Wird der Hebel lo dann, wie Fig. 6 zeigt, nach rechts geschwenkt,
so
erfolgt auch hier ein Füllen der Kolbenseite 48 und eine gleichzeitige Entleerung
der Kolbenringseite 49 des Schubkolbengetriebes 47.
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Die Fig. 5 und 6 erläutern zusätzlich die bestimmte Anordnung der
einzelnen Dichtringe 23, 23', 24, 25. Sie dichten die einzelnen Ringkammern 14,
15, 16 bzw. 18, 19, 20 wirksam ab und lassen sich von den Schieberkolben 5, 6 mit
den Ventilkolbenkammern 28, 29, 30 ohne Schwierigkeiten und ohne große Abnutzung,
und damit ohne Lekagen überfahren, was dadurch zu erklären ist, daß beim Überfahren
der- Dichtringe in den Ventilkolbenkammern ein Flüssigkeitsdruck vorhanden ist,
der die Dichtringe 23, 24, 25 in die sie aufnehmenden Nuten im Gehäuse 2 drückt.
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