EP0224242B1 - Hydraulikventil für den Bergbau - Google Patents

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EP0224242B1
EP0224242B1 EP86116351A EP86116351A EP0224242B1 EP 0224242 B1 EP0224242 B1 EP 0224242B1 EP 86116351 A EP86116351 A EP 86116351A EP 86116351 A EP86116351 A EP 86116351A EP 0224242 B1 EP0224242 B1 EP 0224242B1
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EP
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valve
electromagnet
hydraulic
hydraulic valve
piston
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EP86116351A
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English (en)
French (fr)
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EP0224242A1 (de
Inventor
Kurt Faust
Ernst Mateja
Felix Ecker
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ECKER MASCHINENBAU GMBH & CO. KG
Original Assignee
Ecker Maschinenbau & Co KG GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00—Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/16—Hydraulic or pneumatic features, e.g. circuits, arrangement or adaptation of valves, setting or retracting devices

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic valve for mining, in particular for the neighborhood control in the stride, the valve body is moved by a piston cylinder which is controlled by a valve actuated directly by an intrinsically safe electromagnet.
  • the hydraulic valves cannot be operated directly. They require feedforward control, i.e. mechanical actuators. To do this, the hydraulic medium is again used: a piston cylinder is actuated with it, which moves the valve body of the hydraulic valve.
  • the intrinsically safe electromagnet is comparatively weak, it cannot directly control the application of the hydraulic medium to the piston cylinder without disadvantages. In between, too, there is largely a gradation.
  • the aim is to keep a consumer's current consumption as low as possible in order to remain in the intrinsically safe area with several consumers: Often there is a need to switch several hydraulic valves simultaneously with the same line; the total current flow should not exceed the limit of 12 V and 1 A, which is considered to be intrinsically safe.
  • the aforementioned stepped feedforwards require 280 mA at 12 V.
  • the invention has for its object to provide a pilot control for a valve of the mining hydraulics, which is simpler than the step control mentioned and has a low power consumption.
  • this purpose is achieved in such a way that the piston cylinder is a pneumatic cylinder and the electromagnet works with a current less than 280 mA.
  • the viscosity of the compressed air is incomparably lower than that of the pressurized water. So that the flow of compressed air is so much larger that even a flow cross-section, which the weaker electromagnet can release immediately, is sufficient to allow the quantity to flow quickly enough, which generates the desired movement of the valve body of the hydraulic valve by means of the pneumatic cylinder, and this itself at the lower pneumatic pressures of, for example, 2 to 6 bar and the correspondingly larger necessary volume of the cylinder.
  • the pressure reduction compared to the hydraulic pilot controls is partially compensated for by the fact that only smaller control forces are required and the flow cross-section in question can therefore be larger. Its diameter is, for example, 2 to 3 mm compared to the 0.8 mm mentioned above in the hydraulic pilot control. Otherwise, the actuating force required for the hydraulic valve can be limited in such a way that the hydraulic valve has a pressure-relieving design.
  • the invention even allows the advantageous embodiment and further development to feed the electromagnet with a battery which is arranged in the overall device in question, preferably on the hydraulic valve itself and only for this.
  • a button battery can be enough.
  • the effort for this consists of a particularly complex wiring of the thirty shields concerned with soldering or gold contacts to reduce contact resistance and with protective sheathing.
  • the electromagnet is controlled by frequency control, preferably audio frequency control, or by light control.
  • the frequency control has the advantage of an unlimited number of electromagnets individually in the scope under consideration or to be able to operate simultaneously.
  • the operation is not only possible as before, in neighborhood control, but also from the longwall.
  • a return can also be made through the same line notification of the execution of the tax act and a malfunction report. This means that all information can be forwarded to the surface without any major effort and that the shield removal of the entire pit can be monitored in detail at a control center.
  • the drawing shows an embodiment of the invention.
  • the hydraulic valve 1 has a valve body 3 in a valve housing 2.
  • the valve body 3 consists entirely of a piston rod 6 connecting two pistons 4 and 5 provided with sealing rings 35 and carrying a closure body 7.
  • the closure body 7 is a double-sided. It has a valve cone 9 or 10 on both sides of a cylindrical central section 8 and, following this, a turn cylindrical section 11 or 12.
  • the cylindrical sections 11 and 12 and the pistons 4 and 5 all have the same diameter.
  • valve seat 13 made of a soft plastic, such as polyacetate or polyamide or Teflon.
  • the valve seat 13 has matching counter surfaces to the valve cone 9 and the cylindrical section 11.
  • valve seat 13 separates between an inlet space 17 and an outlet space, the valve seat 14 between the outlet space 18 and a further outlet space 19.
  • the inlet space 17 is connected by radial bores 20 to an annular space 21 into which a connection (not shown) for the hydraulic medium leads.
  • the radial bores 20 and the annular space 21 are located in an insert sleeve 22 in which a cylinder space for the piston 4 is formed.
  • the outlet space 18 is connected by radial bores 23 to an annular space 24, from which an outlet, not shown, leads to the consumer.
  • the radial bores 23 and the annular space 24 are located in an insert sleeve 25; the annular space 24 is also partially recessed in the valve housing 2.
  • a return flow line 26 leads from the further outlet space 19 to a tank for the hydraulic fluid.
  • sealing rings can be seen, the function of which can be seen from their position.
  • a plunger 30 is directed against the return spring 29 on the piston 4 and is seated as a piston rod on a piston 32 arranged in a pneumatic cylinder 31 and provided with a sealing ring 40.
  • the pneumatic cylinder 31 is screwed axially to the valve housing 2 and secured by a lock nut 33.
  • a disk 34 forms its front end against the valve housing 2.
  • a spring 36 is arranged on the rear of the piston 32.
  • the pneumatic cylinder 31 On its other end face, the pneumatic cylinder 31 is screwed to an attachment part 37, in which a valve 38 and an electromagnet 39 are arranged.
  • the valve 38 is a piston valve.
  • a piston 42 is arranged in a cylindrical bore 41 of the attachment part 37. On the circumference, two annular spaces 43 and 44 are cut and each sealed by sealing rings 45. The annular space 43 is connected by radial bores 46 to an axial bore 47 which opens out on the end face of the piston 42 facing the pneumatic cylinder 31. The other annular space 44 is a dead space.
  • a compressed air connection 48 opens into the annular space 44, while a ventilation bore 49 leads from the annular space 43 to the outside.
  • a spring 50 holds the piston 42 in this position.
  • An axial bore 51 connects the cylindrical bore 41, i.e. the valve 38 with the pneumatic cylinder 31.
  • a coil 52 and a pot-shaped core 53 can be seen from the electromagnet 39, from which a plunger 54 projects through a seal 55 into the valve 38, where it presses on the piston 42 with the force of a spring 57 supported against a screw cap 56 .
  • the plunger 54 pushes the piston 42 with the annular space 43 in front of the compressed air connection 48.
  • the pneumatic cylinder 31 is then acted upon by the compressed air through the bores 46, 47 and 51.
  • Its plunger 30 displaces the valve body 3.
  • the closure body 7 changes from the valve seat 13 into the valve seat 14. Even before its cylindrical section 11 has left its counter surface in the valve seat 13, the cylindrical section 12 has entered its counter surface 16 in the valve seat 14. This prevents a breakdown of the hydraulic fluid from the inlet space 17 into the further outlet space 19 and the return flow line 26. Otherwise, the cylindrical sections 11 and 12 act as damping pistons; they avoid sudden movement of the valve body.
  • Hydraulic pressure 320 bar; smallest hydraulic flow cross-section: corresponding to circular cross-section with 10 mm diameter; pneumatic pressure: 4 bar; smallest pneumatic flow cross-section: corresponding to circular cross-section with 2.5 mm diameter; Pneumatic piston diameter 42: 22 mm.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hydraulikventil für den Bergbau, insbesondere für die Nachbarschaftssteuerung im Schreitausbau, dessen Ventilkörper durch einen Kolbenzylinder bewegt ist, der durch ein unmittelbar durch einen eigensicheren Elektromagneten betätigtes Ventil gesteuert ist.
  • Bei den hohen Drücken, die man im Bergau in der Hydraulik vielfach anwendet, können die Hydraulikventile nicht unmittelbar betätigt werden. Sie bedürfen einer Vorsteuerung, d.h. mechanischer Betätigungsorgane. Dazu bedient man sich wiederum des Hydraulikmediums: Man beaufschlagt mit diesem einen Kolbenzylinder, der den Ventilkörper des Hydraulikventils bewegt. Da der eigensichere Elektromagnet vergleichsweise schwach ist, kann er jedoch die Beaufschlagung des Kolbenzylinders mit dem Hydraulikmedium nicht ohne Nachteile unmittelbar steuern. Auch dazwischen hat man weitgehend noch einmal eine Stufung. Bekannt ist z.B., zunächst einen Durchgangsquerschnitt von 0,8 mm Durchmesser zu öffnen, wofür die Kraft des eigensicheren Elektromagneten reicht, und mit dem dann fließenden Hydraulikmedium die Öffnung eines Durchgangsquerschnitts von 6 mm Durchmessere zu bewirken, der benötigt wird, um den Kolbenzylinder schnell genug arbeiten zu lassen.
  • Die Vorsteuerung des Hydraulikventils ist somit kompliziert und teuer und überdies, da die von dem eigensicheren Elektromagneten unmittelbar betätigten hydraulischen Organe ziemlich kleine Präzisionsteile mit kleinsten Durchlaßquerschnitten für das Hydraulikmedium sein müssen, nicht frei von Störungen.
  • Aus der FR-A-2 410 200 ist die eingangs erwähnte unmittelbare Beaufschlagung des den Ventilkörper bewegenden Kolbenzylinders mit einem eigensicheren Magnetventil bekannt. Sie verlangt einen vergleichsweise starken Elektromagneten, nämlich mit einer Stromstärke von 450 mA bei 12 V, wenn möglich mehr.
  • Grundsätzlich ist man im Bergbau jedoch bestrebt, die Stromaufnahme eines Verbrauchers möglichst gering zu halten, um auch mit mehreren Verbrauchern im eigensicheren Bereich zu bleiben: Häufig besteht das Bedürfnis, mehrere Hydraulikventile gleichzeitig mit derselben Leitung zu schalten; der Gesamtstromfluß soll aber die als eigensicher geltende Begrenzung von 12 V und 1 A nicht überschreiten. Die zuvor erwähnten gestuften Vorsteuerungen verlangen 280 mA bei 12 V.
  • In MACHINE DESIGN, Band 46, Nr. 16, Cleveland, USA, wird über «Valves that take orders from computers» berichtet. Auf S. 71 ist eine Servosteuerung für allgemeine Ventile dargestellt und beschrieben. Sie enthält einen digital gesteuerten 4-Phasen-Schrittmotor, der ein Ventil zur Steuerung der Stellung eines pneumatischen Kolbens betätigt; die Stellung des Kolbens wird umgesetzt in eine entsprechende Durchlaßstellung des Ventils. Hier ist keine Eigensicherheit gefordert. Auch handelt es sich nicht um Drücke wie in der Hydraulik.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorsteuerung für ein Ventil der Bergbauhydraulik zu schaffen, die einfacher als die erwähnte gestufte Vorsteuerung ist une eine geringe Stromaufnahme hat.
  • Gemäss der Erfindung wird dieser Zweck in der Weise erfüllt, daß der Kolbenzylinder ein Pneumatikzylinder ist und der Elektromagnet mit einer geringeren Stromstärke als 280 mA arbeitet.
  • Es genügen 30 bis 60 mA bei 12 V.
  • Die erzielte Wirkung erklärt sich wie folgt:
  • Die Viskosität der Druckluft ist unvergleichlich geringer als diejenige des Druckwassers. Damit ist die Strömung der Druckluft so viel größer, daß auch ein Strömungsquerschnitt, den der schwächere Elektromagnet unmittelbar freigeben kann, ausreicht, um schnell genug die Menge fließen zu lassen, die vermittels des Pneumatikzylinders die gewünschte Bewegung des Ventilkörpers des Hydraulikventils erzeugt, und dies selbst bei den geringeren pneumatischen Drücken von beispielsweise 2 bis 6 bar und dem dementsprechend größeren notwendigen Volumen des Zylinders. Die Druckverminderung gegenüber den hydraulischen Vorsteuerungen wird dabei zum Teil dadurch ausgeglichen, daß nur noch kleinere Steuerungskräfte nötig sind und deshalb der betreffenden Strömungsquerschnitt größer sein kann. Sein Durchmesser beträgt beispielsweise 2 bis 3 mm gegenüber den oben erwähnten 0,8 mm in der hydraulischen Vorsteuerung. In übrigen läßt sich die für das Hydraulikventil benötigte Stellkraft in der Weise begrenzen, daß das Hydraulikventil eine druckentlastende Ausbildung aufweist.
  • Die Erfindung erlaubt sogar die vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung, den Elektromagneten mit einer Batterie zu speisen, die in der betreffenden Gesamtvorrichtung, vorzugsweise an dem Hydraulikventil selbst und nur für dieses, angeordnet ist. Eine Knopfbatterie kann genügen.
  • Damit wird der Aufwand für die Elektrizitätsversorgung im Streb außerordentlich vermindert. Nach der bisherigen Technik wäre sonst eine Reihe von Niedervoltstromversorgungen nötig, beispielsweise in einem Streb fünf oder sechs für je dreißig Schilde.. Der Aufwand dafür besteht jeweils neben einer Transformator-Gleichrichter-Einheit aus einer besonders aufwendigen Verkabelung der betreffenden dreißig Schilde mit Verlötung oder Goldkontakten zur Verringerung der Übergangswiderstände und mit Schutzummantelungen.
  • Schließlich wird als besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Elektromagnet durch Frequenzsteuerung, vorzugsweise Tonfrequenzsteuerung, oder durch Lichtsteuerung gesteuert wird.
  • Insbesondere in Verbindung mit dem Batteriebetrieb der Elektromagnete, der das einzelne Hydraulikventil ganz oder beliebig weitgehend unabhängig versorgt und damit keine Beschränkung in der Zusammenfassung mehrerer Hydraulikventile zu gleichzeitiger Betätigung auferlegt, hat die Frequenzsteuerung den Vorteil, eine in dem Betracht stehenden Rahmen unbeschränkte Zahl von Elektromagneten einzeln oder gleichzeitig betätigen zu können. Die Betätigung ist nicht nur, wie bisher, in Nachbarschaftssteuerung, sondern auch vom Strebrand aus möglich. Durch dieselbe Leitung kann auch eine Rückmeldung über den Vollzug der Steuerhandlung sowie eine Störmeldung erfolgen. Damit kann man ohne wesentlichen Aufwand alle Informationen auch nach Übertage weiterleiten und in einer Zentrale den Schildausbau der ganzen Grube im einzelnen überwachen.
  • Auch eine Lichtsteuerung durch Glasfaserleitungen kommt in Betracht.
  • Der Batteriebetrieb mit Frequenzsteuerung hätte die gleichen Vorteile auch bei anderen als den nach der Erfindung pneumatisch betätigten Hydraulikventilen, wenn sie mit entsprechend geringer elektrischer Leistung betätigt werden könnten.
  • Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.
  • Sie zeigt ein Hydraulikventil mit Vorsteuerung in axialem Längsschnitt.
  • Das Hydraulikventil 1 weist in einem Ventilgehäuse 2 einen Ventilkörper 3 auf.
  • Der Ventilkörper 3 besteht im ganzen aus einer zwei mit Dichtringen 35 versehene Kolben 4 und 5 verbindenden Kolbenstange 6, die einen Verschlußkörper 7 trägt.
  • Der Verschlußkörper 7 ist ein doppelseitiger. Er weist zu beiden Seiten eines zylindrischen Mittelabschnitts 8 einen Ventilkegel 9 bzw. 10 und im Anschluß an diesen einen wiederum zylindrischen Abschnitt 11 bzw. 12 auf. Die zylindrischen Abschnitte 11 und 12 und die Kolben 4 und 5 haben sämtlich den gleichen Durchmesser.
  • In der gezeichneten Stellung, der Schließstellung, sitzt der Verschlußkörper 7 mit seinem Ventilkegel 9 und zylindrischen Abschnitt 11 in einem ringförmigen Ventilsitz 13 aus einem weichen Kunststoff, etwa Polyacetat oder Polyamid oder auch Teflon. Der Ventilsitz 13 weist passende Gegenflächen zu dem Ventilkegel 9 und dem zylindrischen Abschnitt 11 auf.
  • An einem auf der anderen Seite des Verschlußkörpers 7 angeordneten gleichen, in der gezeichneten Stellung freien ringförmigen Ventilsitz 14 sind die betreffenden Gegenflächen für den Ventilkegel 10 und zylindrischen Abschnitt 12 mit 15 bzw. 16 bezeichnet.
  • Der Ventilsitz 13 trennt zwischen einem Einlaßraum 17 und einem Auslaßraum, der Ventilsitz 14 zwischen dem Auslaßraum 18 und einem weiteren Auslaßraum 19.
  • Der Einlaßraum 17 ist durch Radialbohrungen 20 mit einem Ringraum 21 verbunden, in den ein nicht gezeichneter Anschluß für das Hydraulikmedium führt. Die Radialbohrungen 20 und der Ringraum 21 befinden sich in einer Einsatzhülse 22, in der ein Zylinderraum für den Kolben 4 ausgebildet ist.
  • Der Auslaßraum 18 ist durch Radialbohrungen 23 mit einem Ringraum 24 verbunden, aus dem ein nicht gezeichneter Auslaß zu dem Verbraucher führt. Die Radialbohrungen 23 und der Ringraum 24 befinden sich in einer Einsatzhülse 25; der Ringraum 24 ist außerdem teilweise in dem Ventilgehäuse 2 ausgespart.
  • Aus dem weiteren Auslaßraum 19 führt eine Rückstromleitung 26 zu einem Tank für die Hydraulikflüssigkeit.
  • Bei 27 sind Dichtungsringe zu erkennen, deren Funktion aus ihrer Lage ersichtlich ist.
  • Eine gegen eine Schraubkappe 28 abgestützte Rückstellfeder 29 drückt gegen den Kolben 5.
  • Gegen die Rückstellfeder 29 ist auf den Kolben 4 ein Stößel 30 gerichtet, der als Kolbenstange an einem in einem Pneumatikzylinder 31 angeordneten, mit einem Dichtring 40 versehenen Kolben 32 sitzt.
  • Der Pneumatikzylinder 31 ist axial mit dem Ventilgehäuse 2 verschraubt und durch eine Kontermutter 33 gesichert. Seinen stirnseitigen Abschluß gegenüber dem Ventilgehäuse 2 bildet eine Scheibe 34. Zwischen dieser, die mit einer zentralen Bohrung eine Führung für den Stößel 30 bildet,;*,jnd der Rückseite des Kolbens 32 ist eine Feder 36 angeordnet.
  • An seiner anderen Stirnseite ist der Pneumatikzylinder 31 mit einem Ansatzteil 37 verschraubt, in dem ein Ventil 38 und ein Elektromagnet 39 angeordnet sind.
  • Das Ventil 38 ist ein Kolbenventil.
  • In einer zylindrischen Ausbohrung 41 des Ansatzteils 37 ist ein Kolben 42 angeordnet. An dessen Umfang sind zwei Ringräume 43 und 44 eingeschnitten und jeweils durch Dichtringe 45 abgedichtet. Der Ringraum 43 ist durch Radialbohrungen 46 mit einer Axialbohrung 47 verbunden, die an der dem Pneumatikzylinder 31 zugekehrten Stirnseite des Kolbens 42 ausmündet. Der andere Ringraum 44 ist ein Totraum.
  • In der gezeichneten Schließstellung mündet in den Ringraum 44 ein Druckluftanschluß 48, während von dem Ringraum 43 eine Entlüftungsbohrung 49 ins Freie führt. Eine Feder 50 hält den Kolben 42 in dieser Stellung. Eine axiale Bohrung 51 verbindet die zylinderische Ausbohrung 41, d.h. das Ventil 38, mit dem Pneumatikzylinder 31.
  • Von dem Elektromagneten 39 sind eine Spule 52 und ein topfförmiger Kern 53 zu erkennen, von dem ein Stössel 54 durch eine Dichtung 55 hindurch in das Ventil 38 ragt, wo er mit der Kraft einer gegen eine Schraubkappe 56 abgestützten Feder 57 auf den Kolben 42 drückt.
  • Seitlich an dem Ansatzteil 37 befindet sich schließlich ein Kabelanschluß 58 mit einer Quetschverschraubung 59.
  • Bei Betätigung des Elektromagneten 39 schiebt der Stößel 54 den Kolben 42 mit dem Ringraum 43 vor den Druckluftanschluß 48. Durch die Bohrungen 46, 47 und 51 hindurch wird dann der Pneumatikzyiinder 31 mit der Druckluft beaufschlagt. Dessen Stößel 30 verschiebt den Ventilkörper 3. Der Verschlußkörper 7 wechselt aus dem Ventilsitz 13 in den Ventilsitz 14 über. Noch bevor sein zylindrischer Abschnitt 11 seine Gegenfläche in dem Ventilsitz 13 verlassen hat, ist dabei der zylindrische Abschnitt 12 in seine Gegenfläche 16 in dem Ventilsitz 14 eingetreten. Damit wird ein Durchschlagen der Hydraulikflüssigkeit aus dem Einlaßraum 17 in den weiteren Auslaßraum 19 und die Rückströmieitung 26 verhindert. Im übrigen wirken die zylindrischen Abschnitte 11 und 12 als Dämpfungskolben; sie vermeiden eine schlagartige Bewegung des Ventilkörpers.
  • Die weiteren Funktionen ergeben sich ohne weiteres aus der Zeichnung in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung. Ausdrücklich sei noch darauf hingewiesen, daß aufgrund der gleichen Querschnitte der Kolben 4 und 5 und der zylindrischen Abschnitte 11 und 12 der hydraulische Druck an dem Ventilkörper 3 keine Kräfte nach außen entstehen läßt.
  • Daten: Hydraulischer Druck: 320 bar; kleinster hydraulischer Durchflußquerschnitt: entsprechend Kreisquerschnitt mit 10 mm Durchmesser; pneumatischer Druck: 4 bar; kleinster pneumatischer Durchflußquerschnitt: entsprechend Kreisquerschnitt mit 2,5 mm Durchmesser; Durchmesser des pneumatischen Kolbens 42: 22 mm.

Claims (3)

1. Hydraulikventil (1) für den Bergbau, insbesondere für die Nachbarschaftssteuerung im Schreitausbau, dessen Ventilkörper (3) durch einen Kolbenzylinder (31) bewegt ist, der durch ein unmittelbar durch einen eigensicheren Elektromagneten (39) betätigtes Ventil (38) gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenzylinder ein Pneumatikzylinder (31) ist und der Elektromagnet (39) mit einer geringeren Stromstärke als 280 mA arbeitet.
2. Hydraulikventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (39) von einer Batterie gespeist ist, die in der betreffenden Gesamtvorrichtung, vorzugsweise an dem Hydraulikventil selbst und nur für dieses, angeordnet ist.
3. Hydraulikventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (39) durch Frequenzsteuerung, vorzugsweise Tonfrequenzsteuerung, oder durch Lichtsteuerung gesteuert ist.
EP86116351A 1985-11-27 1986-11-25 Hydraulikventil für den Bergbau Expired - Lifetime EP0224242B1 (de)

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DE3668217D1 (de) 1990-02-15
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