DE4324666A1 - Drehventil für einen hydraulischen Stempel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehventil und insbe­ sondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Drehventil zum Be­ tätigen eines hydraulischen Stempels.

Manchmal ist es erforderlich, hydraulische Stempel in einer von vier verschiedenen Betriebsarten zu betreiben, und zwar Ausfahren unter vollem Druck, Ausfahren unter einem Diffe­ renzdruck (beide Seiten des Kolbens sind druckbeaufschlagt), Einfahren und "Schwimmen" (beide Seiten des Kolbens sind mit einem Niederdruckbereich verbunden). Bekannte Ventileinrich­ tungen zum Betätigen von Stempeln auf diese Weise verwenden mindestens zwei Ventilglieder und sind entsprechend kompli­ ziert und teuer.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten schafft die vorlie­ gende Erfindung ein Drehventil mit einem Ventilgehäuse, ei­ nem Ventilglied, das innerhalb des Ventilgehäuses um eine Achse in Winkelrichtung bewegbar ist und eine ringförmige, teilsphärische, um die Achse verlaufende Fläche aufweist, einem ersten, zweiten, dritten und vierten Durchlaß in der teilsphärischen Fläche, die in Winkelrichtung zueinander be­ abstandet sind, und einem fünften Durchlaß in dem Ventil­ glied, wobei der fünfte Durchlaß zu den ersten vier Durch­ lässen axial beabstandet ist, der erste und zweite Durchlaß durch einen Kanal im Ventilglied verbunden sind und der dritte, vierte und fünfte Durchlaß durch einen zweiten Kanal im Ventilglied verbunden sind, und das Ventilgehäuse vier in Winkelrichtung beabstandete ringförmige Ventilsitze auf­ weist, die mit dem Ventilglied zusammenwirken und die je nach der Winkelstellung des Ventilgliedes relativ zum Ven­ tilgehäuse dazu dienen, jeden von mindestens drei der ersten vier Durchlässe mit einem von mindestens drei Durchlässen im Ventilgehäuse abgedichtet in Verbindung zu setzen, während der fünfte Durchlaß in dem Ventilglied mit einem weiteren Durchlaß im Ventilgehäuse permanent in Verbindung steht.

Das Ventilglied eines derartigen Drehventils kann in irgend­ eine von vier Stellungen gedreht werden, um vier verschie­ dene Betriebsarten einer mit dem Ventilglied verbundenen hy­ draulischen Vorrichtung zu schaffen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der erste und zweite Durch­ laß in dem Ventilglied in Winkelrichtung benachbart zueinan­ der sind und der dritte und vierte Durchlaß in dem Ventil­ glied in Winkelrichtung zueinander benachbart sind.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß die ersten vier Durchlässe in dem Ventilglied in Winkelrichtung mit gleichen Abständen um die Achse des Ventilgliedes verteilt sind. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, daß die vier Ven­ tilsitze in dem Ventilgehäuse mit in Winkelrichtung gleichen Abständen relativ zur Achse des Ventilgliedes angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die ersten vier Durchlässe in dem Ventilglied in einer ge­ meinsamen Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen senk­ recht zu der Achse des Ventilgliedes verläuft. In diesem Fall ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der erste Kanal im wesentlichen auf einer Seite der gemeinsamen Ebene ange­ ordnet ist und daß der zweite Kanal im wesentlichen auf der anderen Seite der gemeinsamen Ebene angeordnet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der fünfte Durchlaß in dem Ventilglied in einem im wesentlichen zylindrischen Abschnitt des Ventilgliedes zwischen zwei axial beabstandeten ringför­ migen Ventilsitzen vorgesehen ist.

Typischerweise wird das Drehventil zum Betätigen eines dop­ pelt wirkenden hydraulischen Stempels eingesetzt. In diesem Fall ist vorgesehen, daß die drei Durchlässe und der weitere Durchlaß in dem Ventilgehäuse mit einer Druckmittelquelle, einem Niederdruckbereich bzw. gegenüberliegenden Seiten des Stempels verbunden sind.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Drehventils gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, der jedoch nur einen Teil des Drehventiles zeigt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht des Drehventils der Fi­ guren 1 und 2 in Verbindung mit einem hydrauli­ schen Stempel, wobei das Drehventil in einer er­ sten Betriebsstellung zum Ausfahren des Stempels unter vollem Druck dargestellt ist,

Fig. 4 ist eine der Fig. 3 entsprechende schematische Ansicht, die das Drehventil in einer zweiten Be­ triebsstellung zum Einziehen des Stempels zeigt,

Fig. 5 ist eine den Fig. 3 und 4 entsprechende sche­ matische Ansicht, die das Drehventil in einer dritten Betriebsstellung zeigt, in der beide Sei­ ten des Kolbens des Stempels mit dem Niederdruck­ bereich verbunden sind,

Fig. 6 ist eine den Fig. 3, 4 und 5 entsprechende schematische Ansicht, die das Drehventil in einer vierten Betriebsstellung zeigt, in der beide Sei­ ten des Kolbens mit Druck beaufschlagt sind,

Fig. 7 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines anderen Ausführungsbeispieles eines Drehventils gemäß der Erfindung,

Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

Es wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das in diesen Figuren gezeigte, als Kugelventil ausgebildete Drehventil besitzt ein Ventilgehäuse 10 mit vier entfernba­ ren Hülsen 11, 12, 13 und 14, die Durchlässe 15, 16, 17 bzw. 18 bilden, und einem entfernbaren Stopfen 19, der eine Öffnung 20 verschließt. Die Hülsen 11 bis 14 und der Stopfen 19 sind sämtlich in das Ventilgehäuse 10 eingeschraubt.

Das Drehventil weist ferner ein Ventilglied 21 auf, das in dem Ventilgehäuse 10 um eine Drehachse 22 drehbar ist. Das Ventilglied 21 besitzt einen Abschnitt 23, der aus dem Ven­ tilgehäuse 10 zur Befestigung an einem Handgriff vorsteht, zwei allgemein zylindrische Abschnitte 24, 25 und einen ringförmigen, teilsymmetrischen Abschnitt 26 zwischen den zylindrischen Abschnitten 24 und 25.

Das Ventilgehäuse 10 ist mit vier ringförmigen Ventilsitzen 27, 28, 29 und 30 ausgerüstet, die in Winkelrichtung gleiche Abstände haben und die mit dem ringförmigen, teilsphärischen Abschnitt 26 des Ventilgliedes 21 zusammenwirken. Der Ven­ tilsitz 27 wird von einem Ring 31 getragen und steht mit dem Durchlaß 15 in der Hülse 11 in Strömungsverbindung. Die Ven­ tilsitze 28 und 29 werden von den inneren Enden der Hülse 12 bzw. 13 getragen und stehen mit dem Durchlaß 16 bzw. 17 in Strömungsverbindung. Der Ventilsitz 30 wird von dem inneren Ende des Stopfens 19 getragen.

Der ringförmige, teilsphärische Abschnitt 26 des Ventilglie­ des 21 besitzt vier in Winkelrichtung gleichmäßig beabstan­ dete Durchlässe 32, 33, 34 und 35, und der zylindrische Ab­ schnitt 25 des Ventilgliedes 21 besitzt zwei Durchlässe 36 und 37. Die Durchlässe 32, 33, 34 und 35 sind in einer ge­ meinsamen Ebene angeordnet, die senkrecht zu der Achse 22 verläuft. Wenn sich das Ventilglied 21 in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung befindet, stehen diese Durchlässe 32, 33, 34 und 35 mit den Durchlässen 15, 16 und 17 bzw. der verschlossenen Öffnung 20 in Strömungsverbindung. Die Durch­ lässe 32 und 33 sind durch einen ersten ungefähr L-förmigen Kanal 38 angeschlossen, der im wesentlichen oberhalb der oben erwähnten gemeinsamen Ebene angeordnet ist, und die Durchlässe 34 und 35 sind durch einen zweiten ungefähr L-förmigen Kanal 39 angeschlossen, der im wesentlichen un­ terhalb der oben erwähnten gemeinsamen Ebene angeordnet ist.

Die Durchlässe 36 und 37 kommunizieren mit einer Ringkammer in dem Ventilgehäuse 10 zwischen zwei O-Ringdichtungen (nicht gezeigt), die in Nuten 40 und 41 in dem zylindrischen Abschnitt 25 des Ventilgliedes 21 angeordnet sind, und die oben erwähnte Ringkammer kommuniziert mit dem Durchlaß 18 in der Hülse 14 mittels eines Kanales 42 in dem Ventilgehäuse 10. Die Durchlässe 36 und 37 sind durch einen Kanal 43 ver­ bunden, der diametral über den zylindrischen Abschnitt 25 des Ventilgliedes 21 verläuft, und der Kanal 43 kommuniziert mit dem zweiten L-förmigen Kanal 39 mittels eines axial ver­ laufenden Kanals 44 in den Abschnitten 25 und 26 des Ventil­ gliedes 21. Die beiden Durchlässe 36 und 37 könnten durch einen einzigen Durchlaß ersetzt werden.

Die Durchlässe 36 und 37 bleiben permanent mit dem Durchlaß 18 in Strömungsverbindung; das Ventilglied 21 ist jedoch zwischen vier in Winkelrichtung beabstandete Betriebsstel­ lungen drehbar, in denen die Durchlässe 32, 33, 34 und 35 sowie die Kanäle 38 und 39 im Ventilglied 21 die Durchlässe 15, 16, 17 und die verschlossene Öffnung 20 auf verschiede­ nen Wegen verbinden.

Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel wird das Drehventil dazu verwendet, die Betätigung eines doppelt wirkenden hy­ draulischen Stempels 50 zu steuern (vgl. die Fig. 3 bis 6). Der Durchlaß 15 ist mit einem Niederdruckbereich verbun­ den, der Durchlaß 16 ist mit dem ringförmigen Bereich des Stempels 50 verbunden, der Durchlaß 17 ist mit einer Druck­ mittelquelle verbunden und der Durchlaß 18 ist mit dem vol­ len Bereich (bzw. Kopfbereich) des Stempels verbunden.

Wenn sich das Ventilglied 21 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung befindet, wird unter Druck stehendes Strömungsmit­ tel im vollen Bereich des Stempels 50 zugeführt, während der ringförmige Bereich des Stempels 50 mit dem Niederdruckbe­ reich verbunden ist. Der Stempel 50 fährt dann unter vollem Druck aus.

Wenn sich das Ventilglied 21 in der in Fig. 4 gezeigten Stellung befindet, ist der ringförmige Bereich des Stempels 50 mit dem Strömungsmitteldruck beaufschlagt und der volle Bereich des Stempels 50 ist mit dem Niederdruckbereich ver­ bunden. Der Stempel 50 wird daher eingefahren.

Befindet sich das Ventilglied 21 in der in Fig. 5 gezeigten Stellung, so sind der ringförmige Bereich und der volle Be­ reich des Stempels 50 mit dem Niederdruckbereich verbunden. Der Stempel 50 ist daher drucklos, d. h. er "schwimmt".

Wenn sich das Ventilglied 21 in der in Fig. 6 gezeigten Stellung befindet, sind so der ringförmige Bereich wie auch der volle Bereich des Stempels 50 mit Druck beaufschlagt, und der Stempel 50 fährt dann langsamer aus, als wenn sich das Ventilglied 21 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung be­ findet, da der Kolben des Stempels lediglich der an ihm an­ liegenden Druckdifferenz ausgesetzt ist.

Von besonderem Vorteil lassen sich diese vier Betriebsarten eines hydraulischen Stempels bei bestimmten Bergbauanwen­ dungen einsetzen. Die Eigenschaft, den Stempel unter vollem Druck und unter einem Differenzdruck auszufahren, lädt sich beispielsweise insbesondere zum Betätigen von Seitenklappen an den Hangendkappen von Strebausbaugestellen einsetzen. Das Aus fahren des Stempels unter dem Differenzdruck kann dazu benutzt werden, die Klappe bzw. Klappen einer Hangendkappe gegen eine benachbarte Hangendkappe dichtend anzudrücken, um zu verhindern, daß Versatz vom Hangenden in die Strebausbau­ gestelle fällt. Das Ausfahren des Stempels unter vollem Druck läßt sich dagegen dazu benutzen, ein Strebausbauge­ stell relativ zu einem benachbarten Strebausbaugestell zu lenken, wenn es in Richtung auf einen zu bearbeitenden Ab­ baustoß vorgerückt wird.

Es gibt Anwendungen für das oben beschriebene Drehventil, bei denen die Öffnung 20 nicht durch einen Stopfen 19 ver­ schlossen wird; vielmehr wird der Stopfen 19 durch eine Hülse mit einem Durchlauf ersetzt, der mit dem ringförmigen Ventilsitz 30 kommuniziert. Solch eine Anordnung soll vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung mitumfaßt werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß der zylindrische Abschnitt 24 des Ventilgliedes 21 einen oder mehrere Durch­ lässe entsprechend den Durchlässen 36 und 37 besitzt, die mit einer ringförmigen Kammer in dem Ventilgehäuse 10 zwi­ schen zwei weiteren O-Ringdichtungen kommuniziert, um den Kanal 38 mit einem weiteren Durchlaß im Ventilgehäuse 10 zu verbinden.

Außerdem müssen die Durchlässe 32, 33, 34 und 35 nicht in gleichen Winkelabständen um die Achse 22 herum verteilt werden. Beispielsweise könnten sie über einen Winkel von ungefähr 180° beabstandet werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehventils. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Durchlässe 15′, 16′, 17′ und 18′ anders. Die Durchlässe 15′, 17′ und 18′ sind in dem Ventilgehäuse 10′ statt in entfernbaren Hülsen vorgesehen. Außerdem sind die Durchlässe 36′ und 37′ in der oberen und unteren Fläche des teilsphärischen Abschnittes 26′ des Ventilgliedes 21′ vorge­ sehen. Diese Durchlässe 36′ und 37′ kommunizieren mit dem L-förmigen Kanal 39′ mittels eines Kanals 43′ in dem teil­ sphärischen Durchlaß 26′ und mit dem Durchlaß 18′ mittels einer Kammer 51 und eines ringförmigen Kanals 42′ in dem Ventilgehäuse 10′. Einer dieser Durchlässe 36′ und 37′ könn­ te weggelassen werden. Die Betriebsweise dieses Drehventils entspricht jedoch der Betriebsweise des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Drehventils.

Claims (9)

1. Drehventil mit einem Ventilgehäuse (10), einem Ventilglied (21), das innerhalb des Ventilgehäuses (10) um eine Achse (22) in Winkelrichtung bewegbar ist und eine ringförmige, teilsphärische, um die Achse (22) verlaufende Fläche aufweist, einem ersten, zweiten, dritten und vierten Durchlaß (32, 33, 34 und 35) in der teilsphärischen Fläche, die in Winkelrichtung zueinander beabstandet sind, und einem fünften Durchlaß (36, 37) in dem Ventilglied, wobei der fünfte Durchlaß (36, 37) zu den ersten vier Durchlässen axial beabstandet ist, der erste und zweite Durchlaß (32 und 33) durch einen Kanal (38) im Ventilglied verbunden sind und der dritte, vierte und fünfte Durchlaß (34, 35, 36, 37) durch einen zweiten Kanal (39) im Ventilglied verbunden sind, und das Ventilgehäuse vier in Winkelrichtung beabstan­ dete ringförmige Ventilsitze (27, 28, 29 und 30) aufweist, die mit dem Ventilglied zusammenwirken und die je nach der Winkelstellung des Ventilgliedes relativ zum Ventilgehäuse dazu dienen, jeden von mindestens drei der ersten vier Durchlässe mit einem von mindestens drei Durchlässen (15, 16 und 17) im Ventilgehäuse abgedichtet in Verbindung zu set­ zen, während der fünfte Durchlaß (36, 37) in dem Ventilglied mit einem weiteren Durchlaß (18) im Ventilgehäuse permanent in Verbindung steht.

2. Drehventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste und zweite Durchlaß (32, 33) in dem Ven­ tilglied in Winkelrichtung benachbart zueinander sind und der dritte und vierte Durchlaß (34, 35) in dem Ventilglied in Winkelrichtung zueinander benachbart sind.

3. Drehventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten vier Durchlässe (32, 33, 34, 35) in dem Ventilglied (21) in Winkelrichtung mit gleichen Abstän­ den um die Achse (22) des Ventilgliedes (21) verteilt sind.

4. Drehventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die vier Ventilsitze (27, 28, 29, 30) in dem Ven­ tilgehäuse (10) mit in Winkelrichtung gleichen Abständen relativ zur Achse (22) des Ventilgliedes (21) angeordnet sind.

5. Drehventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten vier Durchlässe (32, 33, 34 und 35) in dem Ventilglied (21) in einer gemein­ samen Ebene angeordnet sind, die im wesentlichen senkrecht zu der Achse (22) des Ventilgliedes (21) verläuft.

6. Drehventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der erste Kanal (38) im wesentlichen auf einer Sei­ te der gemeinsamen Ebene angeordnet ist und daß der zweite Kanal (39) im wesentlichen auf der anderen Seite der gemein­ samen Ebene angeordnet ist.

7. Drehventil nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Durchlaß (36, 37) in dem Ventilglied (21) in einem im wesentlichen zylin­ drischen Abschnitt (25) des Ventilgliedes (21) zwischen zwei axial beabstandeten ringförmigen Ventilsitzen vorgesehen ist.

8. Drehventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (26) zwei im wesentlichen zylindrische Abschnitte (24, 25) und einen teilsphärischen Abschnitt (26) zwischen den beiden zylin­ drischen Abschnitten aufweist und daß der fünfte Durchlaß in dem Ventilglied (21) in einem Ende des teilsphärischen Ab­ schnittes (26) vorgesehen ist.

9. Drehventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit einem doppelt wirkenden hydraulischen Stempel (50), dadurch gekennzeichnet, daß die drei Durch­ lässe (15, 16, 17) und der weitere Durchlaß (18) in dem Ven­ tilgehäuse (10) mit einer Druckmittelquelle, einem Nieder­ druckbereich bzw. gegenüberliegenden Seiten des Stempels (50) verbunden sind.