DE3530657C2

DE3530657C2 - Vorrichtung zum Ansteuern hydraulischer, im untertägigen Bergbau eingesetzter Verbraucher

Info

Publication number: DE3530657C2
Application number: DE3530657A
Authority: DE
Inventors: Willy Kussel; Michael Dettmers; Walter Weirich
Original assignee: Westfalia Becorit Industrietechnik GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2005-08-29
Also published as: CN1006165B; DE3530657A1; GB2179703B; AU572775B2; BE905336A; US4702148A; CA1285850C; CN86104688A; AU5915886A; SU1597114A3; ES556801A0; GB2179703A; ES8801404A1; GB8614873D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern hydraulischer Ver braucher mittels eigensicherer elektro-hydraulischer Ventile, insbe sondere zum Ansteuern im untertägigen Bergbau eingesetzter Schubkol bengetriebe.

Bei der Gewinnung von Kohle im untertägigen Bergbau ist es üblich, im Streb zur Unterstützung des Hangenden Ausbauelemente in Form von Aus bauböcken, Ausbauschilden oder dgl. einzusetzen. Diese Ausbauelemente weisen eine Vielzahl hydraulischer Verbraucher, wie zum Beispiel Stützstempel, Rückzylinder, Eckzylinder, Schiebekappenzylinder etc. auf, deren Druckmittelzufuhr mittels elektro-hydraulischer Ventile gesteuert wird.

Bei elektrisch betätigbaren hydraulischen Steuerventilen, die in schlagwettergefährdeten Bereichen des untertägigen Bergbaus einge setzt werden, muß sichergestellt sein, daß durch die den Ventilen zugeführte Energie keine Schlagwetter gezündet werden können. Die Lei stungsaufnahme solcher elektro-hydraulischer Steuerungen ist deshalb entsprechend begrenzt. Diese Steuerungen weisen zum Beispiel bei einer Be triebsspannung von 12 Volt eine Stromstärke von 1 - 1,5 Ampere auf.

Aufgrund des im Bergbau üblichen hohen hydraulischen Druckniveaus haben die verwendeten elektro-hydraulischen Magnetsteuerventile eine verhältnismäßig hohe Leistungsaufnahme von bis zu 500 Milli ampere. Bei den bislang im untertägigen Gewinnungsbetrieben einge setzten Ausbausteuerungen war es nicht möglich, eine Vielzahl dieser Magentventile gleichzeitig zu schalten; die Ventile mußten hinter einander angesteuert werden.

In der Vergangenheit sind verschiedene Versuche unternommen worden, diesen Nachteil zu beseitigen. Es sind beispielsweise Magnetventile bekannt, die bei einer Spannung von 12 Volt eine Stromaufnahme von etwa 125 Milliampere haben. Diese Magnetventile haben jedoch einen verhältnismäßig geringen Durchflußquerschnitt und können folglich nur kleine Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit durchlassen.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 31 10 220 ist eine gattungsgemäße Ausbausteuerung bekannt geworden, bei der die einzelnen Vorsteuerventile einerseits an eine hydraulische Steuerleitung, andererseits unmittelbar an die Pumpendruckleitung angeschlossen sind. Beim Durchschalten der Schaltmagnete müssen die Vorsteuerventile gegen den hohen Pumpendruck durchgeschaltet werden, so daß Schaltmagnnete mit einer relativ hohen Stromaufnahme erforderlich sind.

Durch die DE-OS 31 23 224 ist ein elektrisch betätigbares hydraulisches Steuerventil bekannt, dessen elektrischer Antriebsmechanismus einen Energiespeicher in Form einer Druckfeder aufweist. Die Druckfeder wird mittels eines leitstungsschwachen elektrischen Getriebemotors vorgespannt und gibt zum Öffnen des Ventils die in der Druckfeder gespeicherte Energie schlagartig frei.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe es möglich ist, eine Vielzahl in schlagwettergefährdeter Umgebung eingesetzter hydraulischer Verbraucher gleichzeitig zu betätigen.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre nach Anspruch 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die verschiedenen Schubkolbengetriebe bzw. deren Arbeitsräume über 3/2-Wegeventile direkt an die Rücklaufleitung bzw. an die Pumpendruckleitung ange schlossen. Die hydraulisch schaltbaren 3/2-Wegeventile werden in ihrer Ausgangsstellung durch ein Federelement in einer Schaltstellung ge halten, in der die Arbeitsräume der Schubkolbengetriebe mit der Rücklaufleitung verbunden sind. Diese 3/2-Wegeventile sind außerdem über Steuerleitungen an die Ausgangsseite von Vorsteuerventilen angeschlossen.

Die Vorsteuerventile sind als elektrisch ansteuerbare 3/2-Wegeventile ausgeführt, welche eingangsseitig über entsprechende Hydrauliklei tungen direkt bzw. über zwischengeschaltete, ebenfalls elektrisch anwählbare 3/2-Wegeventile indirekt mit der Rücklaufleitung ver bunden sind. Durch das direkte bzw. indirekte Anschließen der Eingangs seite der Vorsteuerventile an die Rücklaufleitung wird erreicht, daß die Vorsteuerventile drucklos sind. Die Stromaufnahme ihrer Schalt magnete kann auf weniger als 50 Milliampere begrenzt werden.

Die Steuereinrichtung ist so ausgeführt, daß jedem hydraulisch be tätigbaren 3/2-Wegeventil ein eigenes elektrisch ansteuerbares Vor steuerventil vorgeschaltet ist und mehrere dieser Vorsteuerventile über ein weiteres, gemeinsames, ebenfalls elektrisch ansteuerbares 3/2-Wegeventil indirekt an die Rücklaufleitung bzw. die Steuerdruck leitung angeschlossen sind.

Um eine Vielzahl von Schubkolbengetrieben gleichzeitig auszufahren, werden über am Steuergerät angeordnete Tasten oder dgl. die entspre chenden, drucklosen Vorsteuerventile elektrisch angewählt. Die Vor steuerventile bleiben so lange elektrisch beaufschlagt, bis das diesen Vorsteuerventilen gemeinsame, vorgeschaltete 3/2-Wegeventil zuge schaltet wird. Da die Vorsteuerventile hydraulisch selbsthaltend aus geführt sind, kann jetzt der elektrische Steuerimpuls abgesetzt wer den. Über die ausgangsseitg an den Vorsteuerventilen angeordnete Steuerleitung werden die hydraulisch betätigbaren 3/2-Wegeventile ge schaltet und verbinden die angewählten Arbeitsräume der Schubkolben getriebe mit der Pumpendruckleitung.

Die Vorsteuerventile weisen einen Schaltmagneten auf, der eine Strom aufnahme von weit unter 50 Milliampere, zum Beispiel 10 Milliampere, hat. Der Schaltmagnet wirkt auf einen gestuften Ventilstößel, der von einer Ventilhülse dichtend umgeben in einer Ventilführungsbuchse gleitet.

Ventilhülse und Ventilstößel bilden gemeinsam eine hydraulisch be aufschlagbare Ringfläche, die einen Außendurchmesser D2 aufweist. An dem Ventilstößel ist an seiner dem Schaltmagneten gegenüberlie genden Seite ein nach Art eines Doppelkegels ausgebildeter Ventil kolben angeformt. Die in Richtung Schaltmagnet weisende Kegelseite des Ventilkolbens bildet in Verbindung mit einem entsprechenden Ventilsitz eine hydraulisch beaufschlagbare Ringfläche mit einem Außendurchmesser D1. Die gegenüberliegende Seite des Doppelkegel ventilkolbens liegt bei geschaltetem Elektromagnet auf einem weiteren Ventilsitz; die hydraulisch beaufschlagbare Ringfläche hat in diesem Fall den Außendurchmesser D3.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind einem nachfolgend anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel entnehmbar. Es zeigt

Fig. 1, einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Ausbausteuerung,

Fig. 2, das erfindungsgemäße Vorsteuerventil, teilweise geschnitten.

Die Fig. 1 zeigt die Strebversorgungsleitung, bestehend aus einer Niederdruckleitung 1, einer Pumpendruckleitung 2, einer Steuerdruck leitung 3 und einer Rücklaufleitung 4. Die im Ausführungsbeispiel dargestellten hydraulischen Verbraucher (Schubkolbengetriebe 5 u. 6) sind über Hydraulikleitungen 7 bzw. 8 mit der Pumpendruckleitung 2 und der Rücklaufleitung 4 verbunden. Die Arbeitsräume (Kolbenräume 9, 11 bzw. Ringräume 10, 12) der Schubkolbengetriebe sind über 3/2-Wege ventile 13, 14, 15, 16 wahlweise an die Pumpendruckleitung 2 bzw. die Rücklaufleitung 4 anschließbar. Die 3/2-Wegeventile 13, 14, 15, 16 werden in ihrer Ausgangsstellung durch Federelemente 17 in einer Schaltstellung gehalten, in der sie die Arbeitsräume der Schubkolben getriebe mit der Rücklaufleitung 4 verbinden. Die 3/2-Wegeventile 13, 14, 15, 16 weisen hydraulische Servokolben auf und sind über Steuerleitungen 18 hydraulisch ansteuerbar. Bei Beaufschlagung der Servokolben sind die Arbeitsräume der Schubkolbengetriebe mit der Pumpendruckleitung 2 verbunden.

Die Steuerleitungen 18 sind an die Ausgangsseite von Vorsteuerventilen 19, 20, 21, 22 angeschlossen, die eingangsseitig über Hydrauliklei tungen 23 und 24 mit der Rücklaufleitung 4 verbunden sind. In die Hydraulikleitungen 24 sind weitere 3/2-Wegeventile 25 bzw. 26 ein geschaltet. Die Vorsteuerventile 19, 20, 21, 22 können über Steuer leitungen 27, die 3/2-Wegeventile 25, 26 über Steuerleitungen 29 von einem Steuergerät 28 aus angesteuert werden.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die 3/2-Wegeventile 25, 26 in ihrer Ausgangsstellung durch Federelemente 30 in einer Schaltstellung gehalten, in der sie die Leitung 24 mit der Rücklaufleitung 4 ver binden. Da die Leitungen 23, 24 mit der Rücklaufleitung 4 verbunden sind, steht an der Eingangsseite der Vorsteuerventile 19, 20, 21, 22 kein hydraulischer Druck an. Durch Federelemente 31 werden die Vor steuerventile in einer Schaltstellung gehalten, in der sie die Steuer leitungen 18 mit der Hydraulikleitung 23 verbinden und damit an die Rücklaufleitung 4 anschließen.

Da die Vorsteuerventile 19, 20, 21, 22 gegen keinen hydraulischen Druck geschaltet werden müssen, weisen diese Steuerventile elektrische Schaltmagnete auf, deren Stromaufnahme minimal ist. Die Stromauf nahme der erfindunsgemäßen Vorsteuerventile beträgt weniger als 50 Milliampere, vorzugsweise etwa 10 Milliampere.

Die erfindungsgemäße Ausbausteuerung arbeitet wie folgt:

Die Schaltung befindet sich in der dargestellten Ausgangsstellung. Vom Steuergerät 28 werden zum Beispiel durch Betätigen von Tasten 32, 33 oder dgl., die Vorsteuerventile 19 und 21 geschaltet. Die Steuer leitungen 18 sind jetzt mit der Hydraulikleitung 24 verbunden, die je doch ihrerseits noch an die Rücklaufleitung 4 angeschlossen ist. Durch Betätigen der Tasten 34, 35 werden die vorgeschalteten 3/2-Wegeventile 25 bzw. 26 geschaltet und verbinden dann die Pumpensteuerleitung 3 mit der Hydraulikleitung 24. Über die geschalteten Vorsteuerventile 19 bzw. 21 werden die Steuerleitungen 18 mit Druck beaufschlagt und schalten über die Servokolben die 3/2-Wegeventile 13 bzw. 15. In dieser Schaltstellung sind die Kolbenräume 9 und 11 der Schubkolbengetriebe 5 und 6 mit der Pumpendruckleitung 2 verbunden. Die Schubkolbengetriebe fahren aus.

Die Vorsteuerventile 19, 20, 21, 22 sind hydraulisch selbsthaltend, das bedeutet, sobald in der Hydraulikleitung 24 Druck ansteht, kann die elektrische Ansteuerung der Vorsteuerventile unterbrochen werden. Die Vorsteuerventile 19, 20, 21, 22 bleiben solange hydraulisch ver riegelt, wie über die Tasten 34, 35 die 3/2-Wegeventile 25, 26 elek trisch beaufschlagt werden.

Der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Vorsteuerventile 19, 20, 21, 22 ist dem in der Fig. 2 als Beispiel dargestellten Vorsteuer ventil 19 entnehmbar.

Das Vorsteuerventil 19 besteht aus einem Impulsteil 36, in dem ein (nicht dargestellter) Schaltmagnet angeordnet ist und einem hydraulischen Steuerteil 37. Das Impulsteil 36 ist entweder an das Steuerteil 37 angeschraubt oder die beiden Bauteile sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

Der im Impulsteil 36 von Schaltmagneten ausgelöste Steuerimpuls be aufschlagt den Ventilstößel 38 in Richtung des Pfeiles F und ver schiebt den Ventilstößel 38 gegen die Federkraft der Ventilfeder 39. Der Ventilstößel 38 ist mehrfach abgesetzt und in seinem oberen Be reich von einer dichtend anliegenden Ventilhülse 43 umgeben. Die Ven tilhülse 43 ist mit einer Spannhülse 44 od. dgl. am Ventilstößel 38 befestigt und gleitet in einer Ventilführungsbuchse 52. An seinem dem Schaltmagneten gegenüberliegenden Ende ist an den Ventilstößel 38 ein Ventilkolben 40 angeformt. Der Ventilkolben 40 ist nach Art eines Doppelkegels ausgeführt, dessen oberer Kegelsitz bei nicht erregtem Schaltmagnet durch die Ventilfeder 39 unter den oberen Ventilsitz 41 gedrückt wird. Bei erregten Schaltmagneten, d. h. wenn der Ventilstößel 38 gegen die Ventilfeder 39 nach unten verschoben ist, liegt der untere Kegelsitz des Ventilkolbens 40 auf dem unteren Ventilsitz 42. Das Steuerteil 37 weist neben einer zentralen Aufnahme bohrung 45, in der u. a. der Ventilstößel 38 angeordnet ist, An schlußbohrungen 46, 47, 48 auf. Die Anschlußbohrung 46 ist dabei mit der Hydraulikleitung 24, die Anschlußbohrung 47 mit der Steuer leitung 18 und die Anschlußbohrung 48 mit der Hydraulikleitung 23 verbunden.

Wird das Vorsteuerventil 19 über die Hydraulikleitung 24 bzw. die Anschlußbohrung 46 mit Druck beaufschlagt, d. h. das 3/2-Wegeventil 25 wurde geschaltet, ohne daß der Schaltmagnet vorher erregt wurde, so beaufschlagt die im Ventilvorraum 49 anstehende Druckflüssigkeit den am oberen Ventilsitz 41 anliegenden Ventilkolben 40 auf einer Ringfläche mit dem Außendurchmesser D1. Die im Ventilvorraum 49 an stehende Druckflüssigkeit wirkt jedoch auch gleichzeitig auf die, den Ventilstößel 38 dichtend umgebende Ventilhülse 43 und erzeugt dadurch eine entgegengesetzt wirkende Kraftkomponente. Da die von der Ventil hülse 43 gebildete, druckbeaufschlagte Ringfläche mit dem Außendurch messer D2 größer ist als die am Ventilsitz 41 wirksame Druckfläche mit dem Außendurchmesser D1, wird der Ventilkolben 40 fester unter den Ventilsitz 41 gepreßt. In dieser Schaltstellung ist das Vor steuerventil 19 gegenüber der Steuerdruckleitung 3 geschlossen. Die Steuerleitung 18 ist mit der Hydraulikleitung 23 und damit mit der Rücklaufleitung 4 verbunden.

Wird das Vorsteuerventil 19 geschaltet, so drückt der Schaltmagnet den Ventilkolben 40 auf den unteren Ventilsitz 42. Der Ventilkolben 40 wird in diesem Fall von der über die Leitung 24 zugeführten Druck flüssigkeit auf einer Ringfläche mit dem Außendurchmesser D3 beauf schlagt. Da der Außendurchmesser D3 und damit die beaufschlagte Druck fläche größer ist als die an der Ventilhülse 43 wirksame Druckfläche, wird der Ventilkolben 40 durch den hydraulischen Druck auf den unteren Ventilsitz 42 gedrückt und dort festgehalten, auch wenn der Schaltmagnet abgeschaltet wird. In dieser Schaltstellung ist die Hydrau likleitung 24 mit der Steuerleitung 18 verbunden. Diese Schaltstellung wird erst aufgelöst, wenn das 3/2-Wegeventil 25 abgeschaltet wird.

Bezugszeichenliste

1 Niederdruckleitung
2 Pumpendruckleitung
3 Steuerdruckleitung
4 Rücklaufleitung
5 Schubkolbengetriebe
6 Schubkolbengetriebe
7 Hydraulikleitung
8 Hydraulikleitung
9 Kolbenraum
10 Ringraum
11 Kolbenraum
12 Ringraum
13 Wegeventil
14 Wegeventil
15 Wegeventil
16 Wegeventil
17 Federelement
18 Steuerleitung
19 Vorsteuerventil
20 Vorsteuerventil
21 Vorsteuerventil
22 Vorsteuerventil
23 Hydraulikleitung
24 Hydraulikleitung
25 Wegeventil
26 Wegeventil
27 elektrische Steuerleitung
28 Steuergerät
29 elektrische Steuerleitung
30 Federelement
31 Federelement
32 Anwähltaste
33 Anwähltaste
34 Anwähltaste
35 Anwähltaste
36 Impulsteil
37 Steuerteil
38 Ventilstößel
39 Ventilfeder
40 Ventilkolben
41 Ventilsitz
42 Ventilsitz
43 Ventilhülse
44 Spannstift
45 Ventilaufnahmebohrung
46 Anschlußbohrung
47 Anschlußbohrung
48 Anschlußbohrung
49 Ventilvorraum
50 Ventilraum
51 Federraum
52 Ventilführungsbuchse

Claims

1. Steuereinrichtung zum Ansteuern hydraulischer Verbraucher mittels eigensicherer elektro-hydraulischer Ventile, insbesondere zum An steuern im untertägigen Bergbau eingesetzter Schubkolbengetriebe, wobei den einzlenen Schubkolbengetrieben an eine Pumpendruckleitung und eine Rücklaufleitung angeschlossene Wegeventile zugeordnet sind und das Wegeventil über ein elektro-hydraulisches Vorsteuerventil definiert anwählbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegeventile (13, 14 bzw. 15, 16) über hydraulische Steuerleitungen (18) an die Ausgangsseite der Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) angeschlossen und die Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) eingangsseitig über eine Leitung (23) direkt mit der Rücklaufleitung (4) sowie über eine hydraulische Steuerleitung (24) und ein Wegeventil (25 bzw. 26) indirekt mit der Rücklaufleitung (4) und einer hydraulischen Steuerdruckleitung (3) verbunden sind, wobei jeweils einem Wegeventil (25 bzw. 26) mehrere Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) zugeordnet sind, derart, daß der Steuerdruck durch mehrere drucklos geschaltete Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) von einem gegen den Steuerdruck schaltbaren Wegeventil (25 bzw. 26) zu den Wegeventilen (13, 14 bzw. 15, 16) durchschaltbar ist.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) und die Wegeventile (25 bzw. 26) von einem Steuergerät (28) aus über elektrische Steuerleitungen (27, 29) anwählbar sind.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) in Ausgangsstellung der Steuerung eingangsseitig über Leitungen (23, 24) mit der Rücklaufleitung (4) verbunden sind.

4. Steuereinrichtung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) als elektro-hydraulische Sitzventile ausgebildet sind, wobei die Schaltmagnete eine Stromaufnahme < 50 Milliampere aufweisen.

5. Steuereinrichtung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) einen gestuften Ventilstößel (38) mit einer Ventil hülse (43) und einen als Doppelkegel ausgebildeten Ventilkolben (40) aufweisen.

6. Steuereinrichtung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ventilhülse (43) gebildete, druckbeaufschlagte Ringfläche mit dem Außendurchmesser D2 größer ist als die am Ventilsitz (41) wirksame Ringfläche des Ventilkolbens (40) mit dem Außendurchmesser D1.

7. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ventilsitz (42) des Ventilkolbens (40) wirksame Ringfläche mit dem Außendurchmesser D3 größer ist als die an der Ventilhülse (43) des Ventilstößels (38) wirksame Ringfläche mit dem Außendurchmesser D2.

8. Steuervorrichtung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilvorraum (49) über eine Anschlußbohrung (46) an die Leitung (24), der Ventilraum (50) über eine Anschlußbohrung (47) an die Steuerleitung (18) und der Federraum (51) über eine Anschlußbohrung (48) an die Leitung (23) angeschlossen sind.