DE3841542C2 - Nachsetzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachsetzventil für Hydraulikverbraucher im untertägigen Bergbau zur Sicherung der notwendigen Setzkraft, insbesondere bei dem im Streb eingesetzten Schreit- und Schildausbau, mit einem mehrere Anschlüsse aufweisenden Gehäuse, einem steuerbaren Ventilkolben und entsprechenden Steuerteilen, über die unter Umgehung der Hauptsteuereinheit die Kolbenfläche eines Ausbaustempels mit der Pumpenleitung verbunden wird, wobei dem Pumpenanschluß ein über zwei Teilkolben zweiseitig abdichtendes, als Ventilkolben dienendes Umschaltventil und dem Anschluß der Kolbenfläche ein einstellbares Druckbegrenzungsventil zugeordnet ist, mit dessen Federraum ein Ventilraum verbunden ist, in dem ein auf den Teilkolben des Umschaltventils einwirkender, zweiseitig beaufschlagbarer Kolben mit Stößel verschiebbar angeordnet ist, und wobei der auf der vom Teilkolben abgewandten Druckfläche bzw. der entsprechende Druckraum des zweiseitig beaufschlagbaren Kolbens über einen Steuerkolben mit einer die Gehäusewand durchörternden Bohrung verbindbar ist nach Patent Nr. 38 00 193.

Derartige Nachsetzventile werden im untertägigen Bergbau vor allem im Strebausbau dazu benutzt, eine vorgegebene und notwendige Setzkraft des Ausbaues zu garantieren. Über entsprechende Steuerungen arbeiten derartige Nachsetzventile automatisch, d. h. sie sorgen dafür, daß nach Abschluß der Setzarbeit die Kolbenfläche des Ausbaustempels jeweils mit der Pumpenleitung, d. h. also dem Pumpendruck beaufschlagt bleibt, so daß im jeweiligen Ausbaustempel mindestens der Pumpendruck ansteht. Muß der Ausbaustempel aus irgendeinem Grund, beispielsweise weil das Hangende infolge eines Gebirgsschlages nachgibt, nachfahren, so steht durch die direkte Verbindung mit der Pumpenleitung jeweils die notwendige Druckmittelversorgung zur Verfügung. Bei den bekannten Nachsetzventilen ist aber von Nachteil, daß zur Steuerung jeweils besondere Steuerteile benötigt werden, die aufwendig bauen, so daß derartige Ventile nicht ohne weiteres an beliebigen Stellen untergebracht werden können und darüber hinaus entsprechende Verbindungsleitungen benötigen, die den Raum innerhalb der Ausbaugestelle bzw. Ausbauböcke zusätzlich einengen. Nachteilig ist auch, daß derartige Nachsetzventile nicht mit der ausreichenden Sicherheit gewährleisten, daß bei entsprechender Auflastung des jeweiligen Stempels die Druckerhöhung sich nicht in der Pumpenleitung fortsetzt.

Mit der aus dem Hauptpatent Nr. 38 00 193 bekannten Ausführung des Nachsetzventils wird auf zusätzliche Schaltteile außerhalb des Gehäuses des Nachsetzventiles völlig verzichtet. Der gesamte Schaltvorgang läuft automatisch und druckabhängig ab, so daß ein Eingreifen der Bedienungsleute nicht notwendig ist. Durch den zweiseitig abdichtenden Kolben des Umschaltventils ist sichergestellt, daß je nach Fließrichtung ein Abschotten der Pumpenleitung wirksam wird, wobei dieses Abdichten in Richtung Pumpenleitung durch den sich erhöhenden Auflastdruck im System, d. h. im Ausbaustempel noch unterstützt und erhöht wird. Damit ist ein schnellschaltendes Nachsetzventil geschaffen, das vorteilhaft geringe Abmessungen aufweist und das damit überall untergebracht werden kann, und zwar vorteilhaft ohne außerhalb des Gehäuses angeordnete Schaltteile. Dieses kompakt bauende Nachsetzventil eignet sich gerade wegen der vollständig druckabhängigen Schaltweise besonders für den untertägigen Bergbau mit dem dort recht rauhen Betrieb. Das Nachsetzventil arbeitet insbesondere bei Hydraulikflüssigkeiten aus Mineralöl einwandfrei. Probleme können wie bei allen derartigen Ventilen bezüglich der Dichtheit dann auftreten, wenn HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten eingesetzt werden. Insbesondere bei Nachsetzventilen, die große Durchflußmengen haben, kann es mit der bisherigen Ausführungsform in Extremsituationen zu nachteiligen Strömungsverlusten kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Nachsetzventil so weiterzuentwickeln, daß es auch bei HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten einwandfrei abdichtet, eine gute Strömungsführung mit hohen Standzeiten und bei voller Schaltsicherheit aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teilkolben des Umschaltventils und der Dichtkolben des Druckbegrenzungsventils und der Kolben im Bereich der Druckfläche und der Steuerkolben begrenzt nachgiebig ausgebildet sind und eine Sackbohrung mit im Bereich des Ventilsitzes austretenden Radialbohrungen aufweisen.

Durch die besondere Ausführungsform der Kolben bzw. Teilkolben wird auch bei den bisher bezüglich der Abdichtung problematischen Druckflüssigkeiten eine vollständige Dichtheit eines derartigen Ventils erreicht, da die Kolben sich mit ihrer Dichtfläche aufgrund der durch die belastende Druckfeder auftretenden Beeinflussung ganz dicht an die Flächen des Ventilsitzes anlegen, sich quasi entsprechend verformen. Überraschend ist es damit möglich, Ventile, vor allem auch die kombinierten Ventile mit Umschaltventil, Druckbegrenzungsventil und Steuerventil vollständig dicht auszuführen, wobei die Dichtheit auch nach einer Vielzahl von Lastspielen immer gewährleistet bleibt. Vorteilhaft ist weiter, daß aufgrund der Ausbildung der Dichtflächen der Kolben eine möglichst günstige Führung der Druckflüssigkeit durch das Innere des Ventilkörpers erreicht wird, insbesondere dann, wenn die Dichtflächen entsprechend geformt bzw. ausgebildet sind, was weiter hinten noch erläutert wird.

Nach einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ventilkegel der Kolben begrenzt nachgiebig ausgebildet und lösbar mit der Kolbenhülse verbunden ist. Dadurch kann der für die Wirkung der Dichtflächen wichtige Bereich des Dichtkolbens so ausgebildet werden, wie es für den jeweiligen Anwendungszweck optimal ist. Nicht der gesamte Dichtkolben muß entsprechend besonders ausgebildet werden, sondern nur der Teil, der beispielsweise durch Verschraubung oder ähnliches mit der Kolbenhülse in Verbindung gebracht und in den Ventilsitz eingepreßt werden kann.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Kolben mit einer begrenzt nachgiebigen Beschichtung aus Kunststoff versehen sind. Dabei ist es ausreichend, eine relativ dünne Beschichtung vorzusehen, die nur so bemessen sein muß, daß die angesprochene Verformung eintritt. Die Stärke der Beschichtung richtet sich dabei auch noch nach der Kraft der benutzten Druckfeder.

Weiter sieht die Erfindung vor, daß die Kolben insgesamt begrenzt nachgiebig ausgebildet sind, was den Vorteil hat, daß weitere Vorbereitungsarbeiten durch Zusammenfügen einzelner Teile der Kolben entfallen. Vielmehr wird der gesamte Kolben jeweils beispielsweise aus einem Kunststoff gespritzt, wobei sich überraschend herausgestellt hat, daß eine besondere Bearbeitung der Dichtflächen nicht notwendig ist, sondern daß mit üblichen Bearbeitungsverfahren hergestellte Körper sich optimal als erfindungsgemäße Kolben eignen. Damit entfallen aufwendige Vorbereitungsarbeiten und die Herstellungskosten werden deutlich gesenkt.

Die weiter oben angesprochene optimale Führung des Druckflüssigkeitsstromes wird positiv beeinflußt und damit ein Druckverlust innerhalb des Ventils auf ein Minimum reduziert, indem die Kolben einen spitz auslaufenden Ventilkegel mit entsprechend schräg verlaufenden Dichtflächen aufweisen. Die Form des Ventilkegels sichert dabei ein schnelles Zurückschieben des Kolbens bei entsprechender Druckbelastung, gleichzeitig aber einen möglichst gleichmäßigen Strom durch das System als solches hindurch.

Eine ähnliche Ausbildung erreicht das günstige Strömungsverhalten der Druckflüssigkeit innerhalb des Ventils dadurch, daß die Spitze der Kolben bogenförmig verläuft und daß der Ventilsitz umgekehrt gebogene Flächen aufweist. Aufgrund der gebogenen Flächen wird die Druckflüssigkeit innerhalb des Ventilsitzes günstig geführt, wobei es letztlich egal ist, in welche Richtung Ventilsitz und umgekehrt die Dichtflächen des Dichtkolbens gebogen sind. Auf jeden Fall ist eine flächige Abdichtung erreicht, gleichzeitig dabei eine günstige Führung des Druckmittelstromes.

Denkbar ist es auch, einen Kolben zu verwenden, der einen Kegelstumpf mit entsprechend schräg und parallel zu den Flächen des Ventilsitzes verlaufenden Dichtflächen aufweist. Bei dieser Ausführung ist im Bereich der die Druckflüssigkeit heranführenden Bohrung eine größere Fläche vorhanden, die ein schnelles Öffnen des Ventils sichert und gleichzeitig die große Dichtfläche im Bereich des Ventilsitzes vorgibt. Bei entsprechender Abrundung der Kanten zwischen Stumpffläche und Kegelfläche beim Ventilkolben wird auch hier eine gute und gleichmäßige Führung der Druckflüssigkeit erreicht.

Die vorteilhafte Abdichtung durch den Kolben ist jeweils dadurch erreicht, daß die durchströmende Flüssigkeit hinter den Dichtflächen durch den Kolben selbst geführt wird, wobei die notwendigen Querschnitte im Übergangsbereich dadurch vorgegeben werden, daß in Höhe der Radialbohrungen des Kolbens im Gehäuse ein Ringkanal ausgebildet ist. Weiter ist es möglich, im Bereich der Radialbohrungen im Kolben einen ringförmigen Kanal auszubilden, um so das durchströmende Medium möglichst schnell durch den Kolben hindurch abzuführen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Nachsetzventil geschaffen ist, das auch bei HFA-, HFC- oder HFD-Druckflüssigkeiten immer dicht bleibt. Auch bei langen Standzeiten bleibt aufgrund der "Verformung" der entsprechenden Kolbenflächen immer eine sichere Abdichtung gewährleistet, wobei darüber hinaus immer gleiche Durchflußmengen erzielt werden, so daß ein Verschleiß nicht auftreten kann, zumal das Gehäuse als solches aus Stahl oder einem ähnlichen Material hergestellt ist und damit die nötige sichere Anlagefläche im Bereich des Ventilsitzes vorgibt. Schon die relativ geringe Kraft der einzelnen Druckfedern bzw. Schraubfedern der einzelnen Kolben reicht aus, um die Dichtfläche des Kolbens quasi in den Ventilsitz hineinzudrücken bzw. an diesen anzuformen. Vorteilhaft ist weiter, daß aufgrund der besonderen Formgebung und Ausbildung der Kolben eine günstige Strömungsführung im Bereich der Kolben gewährleistet ist, wodurch sowohl das Öffnen wie auch später das Schließen des Nachsetzventils, vor allem aber die gleichmäßige Führung der Flüssigkeit immer gegeben ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Nachsetzventil im Längsschnitt im Bereich von Umschaltventil und Druckbegrenzungsventil,

Fig. 2 einen insgesamt mit einer Beschichtung versehenen Kolben in einem beliebigen Gehäuse und

Fig. 3 einen Kolben mit im Bereich der Radialbohrungen ausgebildeten, ringförmigen Kanal.

Das Nachsetzventil 1 weist ein Gehäuse 15 mit mehreren Anschlüssen, Kanälen und Druckräumen auf, in denen einzelne Schaltteile bzw. Ventile untergebracht sind, die für einen einwandfreien Funktionsablauf des Nachsetzventils 1 sorgen.

Am Pumpenanschluß 16 ist die im einzelnen nicht wiedergegebene Pumpenleitung angeschlossen. In der entsprechenden Bohrung ist ein Umschaltventil 17 untergebracht, das aus zwei Teilkolben 18, 19 besteht, zwischen denen eine Schraubenfeder 20 so eingespannt ist, daß sie die beiden Teilkolben 18, 19 in die Dichtflächen 21, 22 drückt, wenn das Druckmedium im System zum Stillstand gekommen ist. Werden die Teilkolben 18, 19 dagegen durch das Druckmedium oder andere Einflüsse beaufschlagt und aus den Dichtflächen 21, 22 herausgehoben, so kann das Druckmedium an den Abflachungen entlang in das System hineingeführt werden. Dabei fließt das Druckmedium am Ventilsitz 25 vorbei um den Ventilkegel herum oder, wie weiter hinten erläutert wird, durch eine entsprechende Bohrung im Ventilkegel hindurch.

Im Bereich des Anschlusses zur Kolbenfläche ist ein Druckbegrenzungsventil 26 untergebracht. Im Federraum 27 des Druckbegrenzungsventils 26 ist eine Feder 28 untergebracht, die sich einmal an der Stellschraube 29 und zum anderen am Federteller 30 abstützt und dafür Sorge trägt, daß der Ventilkegel in die Dichtfläche 32 gepreßt wird, so daß auch hier ein Abschluß und eine Abdichtung so lange gewährleistet ist, wie der Druck der Feder 28, der stufenlos durch Betätigen der Stellschraube 29 einstellbar ist, den Druck des Druckmediums an der Kolbenfläche übersteigt.

Über einen Kanal 33 im Bereich der Stellschraube 29 kann das Druckmedium auch hinter den im Ventilraum 35 verschieblich angeordneten Kolben 36 am Ventilsitz 34 vorbei geführt werden.

Der Ventilraum 35 und der Federraum 27 stehen miteinander in Verbindung, so daß beim Öffnen des Ventilkegels Druckmedium über den Federraum 27 auch in den Ventilraum 35 beidseitig des Kolbens 36 einströmt. Aufgrund der Größenverhältnisse der Kolbenflächen wirkt der Kolben 36 dann mit seinem Stößel 37 auf den Teilkolben 19 und drückt diesen aus der Dichtfläche 22 heraus.

Wie bereits erwähnt, ist der Kolben 36 doppelt wirkend ausgebildet, wobei die Druckfläche 38 größer bemessen ist als die Druckfläche 42, so daß bei Druckausgleich im Druckraum 39 der Kolben 36 immer in Richtung Teilkolben 19 ausfährt. Der Stößel 37 ist über die Führung 40 so geführt, daß ein Verkanten ausgeschlossen ist. Über die O-Ringe 41 sowie 43 und 44 ist eine Unterteilung der Druckräume bzw. ein Abschluß zur Atmosphäre hin gegeben. Über die Verschlußschraube 45 wird die Montage erleichtert, da die entsprechenden Einzelteile nach Lösen der Verschlußschraube 45 aus der entsprechenden Bohrung bzw. dem Druckraum 39 herausgenommen werden können.

Mit Gewindestiften 46 sind die einzelnen Verbindungskanäle im Gehäuse zu erreichen bzw. zu verschließen.

Die Teilkolben 18, 19 und der Kolben 79 sowie die weiteren zum Steuerventil gehörenden Kolben sind mit einem begrenzt nachgiebigen Material beschichtet oder bestehen insgesamt aus einem solchen Material, um den optimal sicheren und dichten Abschluß im Bereich des Ventilsitzes 25, 34 zu gewährleisten. Aus den Fig. 2 und 3 sind bestimmte Ausführungsformen ersichtlich, bei denen nicht wie bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsform die gesamten Kolben aus beispielsweise Kunststoff bestehen, sondern wo Beschichtungen 82, 83 vorgesehen sind bzw. sogar ein vollständiger Ventilmantel 84. Außerdem zeigen die Fig. 2 und 3 einmal einen im Gehäuse 15 ausgebildeten Ringkanal 76 und einmal einen im Kolben 18, 19, 29 selbst ausgebildeten ringförmigen Kanal 85.

Allen dargestellten Kolben 18, 19, 79 ist gleich, daß sie über eine Sackbohrung 74 verfügen, in der die jeweiligen Schraubenfedern 20, 28 untergebracht sind. Im Bereich des Ventilsitzes 68 bzw. der entsprechenden Fläche 69 sind diese Kolben 18, 19, 79 mit Radialbohrungen 75 versehen, um so das über den Spalt zwischen Ventilsitz 68 und Kolben 18, 19, 79 strömende Druckmedium sicher durch den Kolben hindurch zu führen.

Die Kolben 18, 19, 79 sind entweder ganz aus Kunststoff bestehend oder mit einem entsprechenden Ventilkegel 24 mit entsprechender Spitze 80 versehen, wobei die Kegelhülse aus dem gleichen Kunststoffmaterial oder aus einem jeweils beliebigen anderen Material bestehen kann. Diese Ausführung ermöglicht eine gute Führung des Druckmediums durch das Ventil selbst hindurch. Nach der Ausführung nach Fig. 2 ist die gesamte Spitze 80 und auch der übrige Bereich des Kolbens 79 mit einer Beschichtung 82 versehen bzw. dem durchgehenden Ventilmantel 84. Nach Fig. 3 ist hier eine Beschichtung 83 einmal im Bereich der Spitze 80 wie auch seitlich vorgesehen, wobei im Bereich des ringförmigen Kanals 85 diese Beschichtung fehlt.

Claims (10)

1. Nachsetzventil für Hydraulikverbraucher im untertägigen Bergbau zur Sicherung der notwendigen Setzkraft, insbesondere bei dem im Streb eingesetzten Schreit- und Schildausbau, mit einem mehrere Anschlüsse (16, 47, 48) aufweisenden Gehäuse (15), einem steuerbaren Ventilkolben und entsprechenden Steuerteilen, über die unter Umgehung der Hauptsteuereinheit (3) die Kolbenfläche (6) eines Ausbaustempels (2) mit der Pumpenleitung (4) verbunden wird, wobei dem Pumpenanschluß (16) ein über zwei Teilkolben (18, 19) zweiseitig abdichtendes, als Ventilkolben dienendes Umschaltventil (17) und dem Anschluß (47) der Kolbenfläche (6) ein einstellbares Druckbegrenzungsventil (26) zugeordnet ist, mit dessen Federraum (27) ein Ventilraum (35) verbunden ist, in dem ein auf den Teilkolben (19) des Umschaltventils (17) einwirkender, zweiseitig beaufschlagbarer Kolben (36) mit Stößel (37) verschiebbar angeordnet ist, und wobei der auf der vom Teilkolben (19) abgewandten Druckfläche (38) bzw. der entsprechende Druckraum (39) des zweiseitig beaufschlagbaren Kolbens (36) über einen Steuerkolben (50) mit einer die Gehäusewand (58) durchörternden Bohrung (59) verbindbar ist nach Patent Nr. 38 00 193, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkolben (18, 19) des Umschaltventils (17) und der Dichtkolben (31) des Druckbegrenzungsventils (26) und der Kolben (36) im Bereich der Druckfläche (42) und der Steuerkolben (50) begrenzt nachgiebig ausgebildet sind und eine Sackbohrung (74) mit im Bereich des Ventilsitzes austretenden Radialbohrungen (75) aufweisen.

2. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel der Kolben (18, 19, 31, 36, 50) begrenzt nachgiebig ausgebildet und lösbar mit der Kolbenhülse verbunden ist.

3. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (18, 19, 31, 36, 50) mit einer begrenzt nachgiebigen Beschichtung (83) aus Kunststoff versehen sind.

4. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (18, 19, 31, 36, 50) insgesamt begrenzt nachgiebig ausgebildet sind.

5. Nachsetzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (18, 19, 31, 36, 50) insgesamt aus dem die Dichtflächen (21, 22, 32) bildenden Kunststoff geformt sind.

6. Nachsetzventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (18, 19, 31, 36, 50) einen spitz auslaufenden Ventilkegel mit entsprechend schräg verlaufenden Dichtflächen (21, 22, 32) aufweisen.

7. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (80) der Kolben (18, 19, 31, 36, 50) bogenförmig verläuft und daß der Ventilsitz (25, 34, 68) umgekehrt gebogene Flächen (69) aufweist.

8. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (18, 19, 31, 36, 50) einen Kegelstumpf mit entsprechend schräg und parallel zu den Flächen (69) des Ventilsitzes (68) verlaufenden Dichtflächen (21, 22, 32) aufweisen.

9. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe der Radialbohrungen (75) der Kolben (18, 19, 31, 36, 50) im Gehäuse (15) ein Ringkanal (76) ausgebildet ist.

10. Nachsetzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Radialbohrungen (75) in den Kolben (18, 19, 31, 36, 50) ein ringförmiger Kanal (85) ausgebildet ist.