EP2291586B1 - Vorrichtung zur druckerhöhung in zylindern mit schalteinrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur druckerhöhung in zylindern mit schalteinrichtung Download PDF

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EP2291586B1
EP2291586B1 EP08773265A EP08773265A EP2291586B1 EP 2291586 B1 EP2291586 B1 EP 2291586B1 EP 08773265 A EP08773265 A EP 08773265A EP 08773265 A EP08773265 A EP 08773265A EP 2291586 B1 EP2291586 B1 EP 2291586B1
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EP
European Patent Office
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check valve
valve
pressure
cylinder chamber
pressure pump
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Wolfgang Voss
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B3/00Intensifiers or fluid-pressure converters, e.g. pressure exchangers; Conveying pressure from one fluid system to another, without contact between the fluids
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D23/00Mine roof supports for step- by- step movement, e.g. in combination with provisions for shifting of conveyors, mining machines, or guides therefor
    • E21D23/16Hydraulic or pneumatic features, e.g. circuits, arrangement or adaptation of valves, setting or retracting devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/21Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge
    • F15B2211/214Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge the pressure sources being hydrotransformers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/30Directional control
    • F15B2211/305Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/30505Non-return valves, i.e. check valves

Definitions

  • the invention relates to a device for increasing the pressure in cylinders, in particular of hydraulic expansion in underground mining and tunneling with its cylinder housing, piston, piston rod and arranged therein clamping piston and in the cylinder space retractable clamping piston rod via a connecting line with an integrated switching device via a high-pressure pump Pressure fluid can be acted upon.
  • a pressure transmitter which is oil, water, water in oil, plasma or other liquid or even air.
  • Hydraulics is the teaching and technical application of flows in compressible fluids. This means that in the hydraulic fluid, but especially oil or water-oil emulsion initially in a high-pressure pump affected accordingly, ie biased to then be supplied via hose or similar lines to the cylinder. Valves are used to control the extension and retraction of the cylinders, always using one and the same pressure, namely the pressure dependent on the power of the high-pressure pump.
  • the invention is therefore based on the object to provide a simple and secure working switching device for cylinders with internal, the pressure in the cylinder chamber significantly increasing clamping piston.
  • the switching device is designed via a pilot-operated check valve in the connecting line between the high-pressure pump and piston rod cavity and a valve block with further unlockable or lockable check valves in the connecting line between the high pressure pump and cylinder space.
  • valve block with the unlockable or lockable check valves it is initially possible, the necessary initial pressure for the extension of the piston within the cylinder housing in push the cylinder space into it by connecting to the high pressure pump.
  • this valve block is at the same time designed so that during later unloading of the cylinder or when diverting the high pressure hydraulic fluid is also ensured that just through this connection line pressure fluid is returned to the tank without the risk that it is too an overload and thus the failure of the entire switching device comes.
  • the switching device also has a pilot-operated check valve in the region between the high-pressure pump and the piston rod cavity, so that it is possible after filling the cylinder chamber and extending the piston rod via the clamping piston and clamping piston rod targeted pressure in the cylinder chamber so that, for example, at an initial pressure of 175 bar then after pressing the tensioning piston in the cylinder chamber a pressure of 700 bar is present.
  • This is a hydraulic expansion to be realized with the same design of a cylinder, which is used in a variety of applications and provided with high setting pressures available.
  • a set pressure of 600 t can be achieved with appropriate training, which represents a significant improvement in underground safety.
  • the valve block has a blocking against the high-pressure pump and a blocking against the cylinder chamber unlockable check valve and a tank associated with the lockable check valve. So it is possible with one and the same valve block, first of all via the first pilot-operated check valve in the region of the high-pressure pump port to direct the pressure on the lockable check valve, so this closes and the hydraulic fluid can not get into the tank, but rather that second pilot-operated check valve opens , so that the hydraulic fluid from the high-pressure pump can flow directly into the cylinder chamber. If this is filled and the subsequent "Nachspannvorgang" can be initiated, closes the first check valve on the valve block and the connection between the high-pressure pump and the cylinder chamber is closed. This can now on the in the Pilot line to the piston rod cavity arranged pilot-operated check valve pressure fluid into the piston rod cavity are led so that the clamping piston is actuated. This is the already repeatedly mentioned "Nachspannvorgang".
  • a lockable check valve is arranged in such a way that it is designed as lockable by connecting to the high-pressure pump, otherwise permanently open check valve.
  • the closing piston is not held by a spring in the closed position, but rather influenced in the opposite direction, so that the valve is always open.
  • this lockable check valve connected to the high-pressure pump the valve piston is pushed against the force of the spring in the closed position and this lockable check valve is closed.
  • the hydraulic fluid can be safely transported from the high pressure pump via the two pilot operated check valves in the cylinder chamber. Should then be discharged while relaxing pressure fluid, this is done via the first check valve and then relieved lockable check valve, so that the pressure fluid can flow directly into the tank.
  • the second pilot-operated check valve in the area of the high-pressure pump is closed, so that the hydraulic fluid can only flow out through the non-returnable check valve.
  • the non-returnable check valve blocking the high-pressure pump can be connected to the high-pressure pump at the same time as the lockable non-return valve. Accordingly, if the connection is opened, the hydraulic fluid simultaneously flows into the lockable check valve and closes it and opens the unlockable check valve, so that now the hydraulic fluid can flow out via the first pilot-operated check valve in the direction of the cylinder chamber. This creates a virtually idiot-proof circuit.
  • the above-mentioned lockable check valve and the blocking against the cylinder chamber check valve are designed to be switchable via a respective 2/2 way valve.
  • the lockable non-return valve associated 2/2 way valve at the same time the high-pressure pump associated pilot operated check valve is affected and opened, so that only a 2/2 way valve is required due to the connection of these two check valves.
  • the second mentioned 2/2 way valve is used to open the first, the cylinder chamber associated check valve when the cylinder chamber to be connected to the high-pressure pump.
  • a pressure switch adjustable to the filling pressure of the cylinder space is provided on the output side of the non-return valve blocking the cylinder space.
  • This pressure switch is monitored both in the connection with the cylinder chamber as well as relieving the cylinder chamber, that in each case a pressure of for example 175 bar prevails in the connecting line. If this is not the case, locks this pressure switch, which can be set exactly as already mentioned to the pressure level that is desired or necessary for each use.
  • a pressure relief valve Generally prescribed in such cylinders in underground mining and tunneling the use of a pressure relief valve. Due to the special conditions here, namely the more or less arbitrarily adjustable pressure conditions in the cylinder chamber, it is necessary to use a suitable pressure limiting valve, including the invention provides that the cylinder chamber is assigned to the respectively necessary or desired pressure in the cylinder chamber or adjustable pressure relief valve , The pressure limiting valve can or should be adjustable in accordance with narrow limits to provide very versatile for the necessary security.
  • the piston rod cavity associated unlockable check valve is designed to be switchable via a 3/4 way valve.
  • the pressure fluid required for the pressure increase in the cylinder chamber can be easily introduced into the piston rod cavity in a simple manner, namely, by opening this pilot-operated check valve and at the same time pressure fluid is introduced over it. Is the "Nachspannvorgang" then completed lock this pilot-operated check valve automatically and the support or setting work can be done.
  • this pilot-operated check valve is then reconnected to the high-pressure pump via another switching operation, so that the hydraulic fluid in the piston rod cavity has the same level and that opens pilot-operated check valve and allows leakage of hydraulic fluid in the direction of the tank.
  • the said three 2/2 way valves and a 3/4 way valve can be present and upgraded individually, it being expedient to form the 2/2 and 3/4 way valves as electrically, hydraulically or electrically / hydraulically switchable switching valves. It is also conceivable that the 2/2 and the 3/4 way valves are combined via a common circuit board, so that the dependent switching and the time periods provided for easily given and the whole process "automated" can run.
  • valve block with the two unlockable and the lockable check valve has a common, the cylinder associated valve housing.
  • the invention is characterized in particular by the provision of a device with which it is possible to safely increase the pressure of the hydraulic fluids in cylinders and similar components without the risk of errors caused by any incorrect switching operations, dependent switching or the like , On the contrary, it can be seen that with the switching device according to the invention, a variable but targeted pressure increase in the said cylinders can be realized.
  • the required switching valves or check valves are so cleverly and securely housed in a common valve housing that especially the special conditions in underground mining and tunneling can be advantageously done.
  • a used in underground mining cylinder 1 is in FIG. 1 played. He is part of the hydraulic expansion 2, which is used in the brace 3 to support hanging 4 and 4 lying against each other and so the to keep opened cavity open.
  • the Hangendkappe 6 is also formed in several parts as the sleepers 7, wherein in the horizontal sleeper 7, a push cylinder 9 is housed, over which the longwall conveyor 8 can be moved in the direction of coal blast 10. Behind the hydraulic expansion 2, which is also referred to as a shield construction, the break 11 drops and closes the created cavity again.
  • FIG. 2 shows a simplified reproduced circuit diagram for said switching device 21.
  • the cylinder 1 is acted upon with hydraulic fluid, so that the piston 15 is pushed out with the piston rod 16 from the cylinder housing 14 and clamped against the hanging wall 11.
  • a clamping piston 17 with a clamping piston rod 18 is arranged within the piston rod 16.
  • the pressure fluid located in the piston rod cavity 26 can additionally be pressed into the cylinder space 20, after it has previously been filled, for example, with a pressure fluid at 175 bar. How this is done is described below.
  • a valve block 28 with unlockable check valves 29, 30 and a lockable check valve 31 is arranged between the high pressure pump 23 and the cylinder chamber 20.
  • This valve block 28 is turned on in the connecting line 22 and ensures that the hydraulic fluid from the high-pressure pump 23 selectively reaches into the cylinder chamber 20 but also into the piston rod cavity 26. The latter is done by pressing the 3/4 way valve 39, so that the high-pressure pump 23 is virtually directly connected to the piston rod cavity 26.
  • the unlockable check valve 25 is thereby automatically passed by the pressure fluid. After completion of this only later introduced Nachspannens or Nachwishings then closes the pilot-operated check valve 25 and ensures that the hydraulic fluid in the piston rod cavity 26 remains secured.
  • the said pilot operated check valve 25 is accommodated in the connection line 22 '.
  • pressure fluid is initially conducted via the 2/2 way valve 36 'into the lockable check valve 31 and simultaneously into the unlockable check valve 30.
  • the lockable check valve 31 is initially closed and at the same time or shortly after the pilot-operated check valve 30 is opened.
  • pressure fluid from the high-pressure pump or via the high-pressure pump 23 and the connecting line 22 'to the first pilot-operated check valve 29 are passed, which is opened accordingly and then pushes the pressure fluid into the cylinder chamber 20 past the pressure switch 34.
  • the said pressure switch 34 is assigned, via which the pressure level of the overflowing pressure fluid can be checked to interrupt the conveying process in case of doubt, to avoid damage.
  • the pressure relief valve 35 will record its monitoring function and Ensure that an overload of the cylinder 1 does not occur by 35 pressure fluid is sprayed at the appropriate overpressure on the pressure relief valve.
  • the pilot-operated check valve 25 is opened via the 3/4 way valve 39 and at the same time via the 2/2 way valve 36, the unlockable check valve 29. Since the pilot-operated check valve 30 is closed and the lockable check valve 31 opens again by actuating the 2/2-way valve 36 ', the hydraulic fluid can now escape from the cylinder chamber 20 into the tank 32. This process is further supported by the fact that via the 2/2 way valve 38 of the annular surface space 37 is filled with hydraulic fluid. This presses on the piston ring surface and ensures that the insertion process of the piston 15 is supported. When later tensioning of the cylinder 1, the switching and control process already described then takes place.
  • valve block 28 which is housed in a stable valve housing 40, which is based on the Figures 3 and 4 briefly explained.
  • FIG. 3 shows in the upper part of the lockable check valve 31, which is not applied in the switching state shown due to the spring 42 on the sealing surface 41 with its sealing head 44. If the supply of pressure fluid now occurs via the inlet 43, then the sealing head 44 is pushed against the force of the spring 42 into the sealing surface 41.
  • hydraulic fluid also passes through the inlet 47 in the pilot operated check valve 30, whereby the sealing head 46 is pushed against the force of the spring 45 from the associated sealing surface out.
  • pressure fluid can flow in the direction of the first unlockable check valve 29 and thus connecting line 22 via the pump connection 48.
  • 50 is the Piston of the pilot-operated check valve 30 and designated by the piston 51 of the lockable check valve 31st
  • FIG. 4 shows a plan view of the valve housing 40, wherein by a section and the first releasable check valve 39 can be seen. Also in this check valve is a pilot-operated check valve 29, to which the spring 55 ensures that the pilot-operated check valve 29 is closed in the rule. If pressure is now supplied via the inlet 56 via the 2/2 directional control valve 36 to the pilot-operated check valve 29, the piston is loaded accordingly and ensures that the sealing head 59 is moved out of the sealing surface and against the force of the spring 55, wherein the piston is denoted by 57. While the connection 58 leads to the cylinder 1 or to the cylinder space 20 or represents the connection, the connection 49 is shown in FIG FIG. 3 the one who represents the connection to the tank 32.
  • the holder is designated, with which the valve housing 40 fixed to the cylinder 1.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckerhöhung in Zylindern, insbesondere von hydraulischem Ausbau im untertägigen Berg- und Tunnelbau, die mit ihrem Zylindergehäuse, Kolben, Kolbenstange und darin angeordnetem Spannkolben und in den Zylinderraum einschiebbarer Spannkolbenstange über eine Verbindungsleitung mit einer integrierten Schalteinrichtung über eine Hochdruckpumpe mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind.
  • Beim Betätigen von Zylindern und ähnlichen Einrichtungen wird die Bewegung durch Zuleitung eines Drucküberträgers erwirkt, wobei es sich um Öl, Wasser, Wasser in Öl, Plasma oder eine sonstige Flüssigkeit oder auch Luft handelt. Unter Hydraulik versteht man die Lehre und technische Anwendung von Strömungen in kompressiblen Flüssigkeiten. Dies bedeutet, dass bei der Hydraulik die Flüssigkeit, vor allem aber Öl oder auch Wasser-Ölemulsion zunächst in einer Hochdruckpumpe entsprechend beeinflusst, d. h. vorgespannt wird, um dann über Schlauch- oder ähnliche Leitungen dem Zylinder zugeführt zu werden. Über Ventile wird das Ausfahren und das Einfahren der Zylinder gesteuert, wobei immer mit ein und demselben Druck, nämlich dem von der Leistung der Hochdruckpumpe abhängigen Druck gearbeitet wird. Insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau, wo mit Wasser-Ölemulsionen aus Sicherheitsgründen gearbeitet werden muss, arbeitet man derzeit mit maximal 400 bar, ganz einfach, weil es derzeit keine Pumpen gibt, die eine höheres Druckniveau sicher erzeugen können. Aufgrund verschiedener Gegebenheiten ist aber nicht immer sichergestellt, dass im Zylinderraum der genannte Druck zur Verfügung steht, weshalb insbesondere im untertägigen Berg- und Tunnelbau so genannte Nachsetzschaltungen bekannt sind, mit denen das Volumen im Zylinderraum durch nochmalige Verbindung mit der Hochdruckpumpe so eingestellt wird, dass dann annähernd das besagte Druckniveau sicher zu Verfügung steht. Nicht möglich ist es aber, ein höheres Druckniveau innerhalb des Zylinderraums und damit innerhalb des Zylinders zu erzeugen, weil dazu eben die besagten Pumpen nicht in der Lage sind. Aus den verschiedensten Gründen ist dies aber häufig gewünscht, wobei dem genannten, derzeit höchsten Druckniveau von 400 bar die Pumpen die Grenzen setzen, bei niedrigeren Druckniveaus der Aufwand für eine zusätzliche Hochdruckpumpe und entsprechende Schlauchleitungen den Vorteil im Wesentlichen wieder ausgleichen würde. Aus der DE 103 06 128 A1 ist ein Verfahren und ein entsprechender Zylinder bekannt, wobei innerhalb des eigentlichen Zylindergehäuses ein Spannkolben mit kleiner Kolbenstange angeordnet ist, über den der Zylinderraum im Bereich des Kolbens bzw. die dort anstehende Wasser-Ölemulsion höher verdichtet werden kann. Dadurch ist es möglich, je nach Wahl der Kolben und Spannkolben und je nach Verschiebeweg den Druck innerhalb des Zylinders weit über 400 bar zu erhöhen. Allerdings ist eine diese Vorrichtung zur Druckerhöhung sicher steuernde Schalteinrichtung bisher nicht bekannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine einfache und gesichert arbeitende Schalteinrichtung für Zylinder mit innenliegendem, den Druck im Zylinderraum erheblich steigernden Spannkolben zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Schalteinrichtung über ein entsperrbares Rückschlagventil in der Verbindungsleitung zwischen Hochdruckpumpe und Kolbenstangenhohlraum und über einen Ventilblock mit weiteren entsperrbaren bzw. sperrbaren Rückschlagventilen in der Verbindungsleitung zwischen Hochdruckpumpe und Zylinderraum verfügend ausgebildet ist.
  • Über den Ventilblock mit den entsperrbaren bzw. auch sperrbaren Rückschlagventilen ist es zunächst einmal möglich, den notwendigen Anfangsdruck für das Ausfahren des Kolbens innerhalb des Zylindergehäuses in den Zylinderraum hineinzudrücken, indem die Verbindung mit der Hochdruckpumpe hergestellt wird. Allerdings ist dieser Ventilblock gleichzeitig so ausgebildet, dass beim späteren Entlasten des Zylinders bzw. beim Ableiten der unter hohem Druck stehenden Druckflüssigkeit auch dafür gesorgt ist, dass durch eben diese Verbindungsleitung Druckflüssigkeit in den Tank zurückgeleitet wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass es zu einer Überlastung und damit zum Ausfall der gesamten Schalteinrichtung kommt. Die Schalteinrichtung weist darüber hinaus ein entsperrbares Rückschlagventil im Bereich zwischen Hochdruckpumpe und Kolbenstangenhohlraum auf, sodass es nach dem Füllen des Zylinderraums und Ausfahren der Kolbenstange möglich ist über den Spannkolben und Spannkolbenstange den Druck gezielt im Zylinderraum so zu erhöhen, dass beispielsweise bei einem Anfangsdruck von 175 bar anschließend nach Betätigen des Spannkolbens im Zylinderraum ein Druck von 700 bar ansteht. Damit ist mit ein und derselben Ausbildung eines Zylinders ein hydraulischer Ausbau zu verwirklichen, der in den verschiedensten Einsatzbereichen eingesetzt und mit hohen Setzdrücken zu Verfügung gestellt wird. Bei 700 bar ist bei entsprechender Ausbildung ein Setzdruck von 600 t zu verwirklichen, was eine erhebliche Verbesserung der Sicherheit untertage darstellt.
  • Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilblock ein gegen die Hochdruckpumpe sperrendes und ein gegen den Zylinderraum sperrendes entsperrbares Rückschlagventil sowie ein dem Tank zugeordnetes sperrbares Rückschlagventil aufweist. So ist es mit ein und demselben Ventilblock möglich, zunächst einmal über das erste entsperrbare Rückschlagventil im Bereich des Hochdruckpumpenanschlusses den Druck auf das sperrbare Rückschlagventil zu leiten, sodass dieses schließt und die Druckflüssigkeit nicht in den Tank gelangen kann, sondern vielmehr dass zweite entsperrbare Rückschlagventil öffnet, sodass die Druckflüssigkeit von der Hochdruckpumpe direkt in den Zylinderraum strömen kann. Ist dieser gefüllt und der nachfolgende "Nachspannvorgang" kann eingeleitet werden, schließt das erste Rückschlagventil am Ventilblock und die Verbindung zwischen Hochdruckpumpe und Zylinderraum ist verschlossen. Dafür kann nun über das in der Verbindungsleitung zum Kolbenstangenhohlraum angeordnete entsperrbare Rückschlagventil Druckflüssigkeit in den Kolbenstangenhohlraum geleitet werden, sodass der Spannkolben betätigt wird. Damit erfolgt der schon mehrfach erwähnte "Nachspannvorgang".
  • Schon erwähnt worden ist, dass im Ventilblock auch ein sperrbares Rückschlagventil angeordnet ist und zwar so, dass es als durch Verbinden mit der Hochdruckpumpe sperrbares, ansonsten dauerhaft offenes Rückschlagventil ausgebildet ist. Der Schließkolben wird hier durch eine Feder nicht in der Schließposition gehalten, sondern vielmehr in der Gegenrichtung beeinflusst, sodass das Ventil immer offen ist. Wird nun dieses sperrbare Rückschlagventil mit der Hochdruckpumpe verbunden, wird der Ventilkolben gegen die Kraft der Feder in die Schließposition geschoben und dieses sperrbare Rückschlagventil ist verschlossen. Damit kann wie schon erwähnt die Druckflüssigkeit sicher von der Hochdruckpumpe über die beiden entsperrbaren Rückschlagventile in den Zylinderraum befördert werden. Soll dann beim Entspannen Druckflüssigkeit abgeleitet werden, so erfolgt dies über das erste Rückschlagventil und das dann entlastete sperrbare Rückschlagventil, sodass die Druckflüssigkeit direkt in den Tank abfließen kann. Das zweite entsperrbare Rückschlagventil im Bereich Hochdruckpumpe ist verschlossen, sodass die Druckflüssigkeit nur über das sperrbare Rückschlagventil abfließen kann.
  • Um Fehlschaltungen sicher zu vermeiden, ist das gegen die Hochdruckpumpe sperrende entsperrbare Rückschlagventil gleichzeitig mit dem sperrbaren Rückschlagventil öffnungsseitig mit der Hochdruckpumpe verbindbar. Wird dementsprechend die Verbindung geöffnet, strömt die Druckflüssigkeit gleichzeitig in das sperrbare Rückschlagventil und schließt dies und öffnet das entsperrbare Rückschlagventil, sodass nun die Druckflüssigkeit über das erste entsperrbare Rückschlagventil in Richtung Zylinderraum abströmen kann. Damit ist eine praktisch idiotensichere Schaltung geschaffen.
  • Das eben erwähnte sperrbare Rückschlagventil und das gegen den Zylinderraum sperrende Rückschlagventil sind über je ein 2/2 Wegeventil schaltbar ausgeführt. Wie schon erwähnt wird mit Betätigung des dem sperrbaren Rückschlagventil zugeordneten 2/2 Wegeventil gleichzeitig auch das der Hochdruckpumpe zugeordnete entsperrbare Rückschlagventil beeinflusst und geöffnet, sodass hier nur ein 2/2 Wegeventil aufgrund der Verbindung dieser beiden Rückschlagventile benötigt wird. Das zweite genannte 2/2 Wegeventil dient zum Öffnen des ersten, dem Zylinderraum zugeordneten Rückschlagventil, wenn der Zylinderraum mit der Hochdruckpumpe verbunden werden soll.
  • Um eine Überlastung der Rückschlagventile im Ventilblock zu verhindern, ist vorgesehen, dass ausgangsseitig des gegen den Zylinderraum sperrenden Rückschlagventils ein auf den Fülldruck des Zylinderraums einstellbarer Druckschalter vorgesehen ist. Über diesen Druckschalter wird sowohl bei dem Verbinden mit dem Zylinderraum wie auch beim Entlasten des Zylinderraums überwacht, dass jeweils ein Druck von beispielsweise 175 bar in der Verbindungsleitung herrscht. Ist dies nicht der Fall, sperrt dieser Druckschalter, der wie schon erwähnt genau auf das Druckniveau eingestellt werden kann, das beim jeweiligen Einsatz gewünscht wird bzw. notwendig ist.
  • Allgemein vorgeschrieben ist bei derartigen Zylindern im untertägigen Berg-und Tunnelbau der Einsatz eines Druckbegrenzungsventils. Aufgrund der hier besonderen Gegebenheiten, nämlich der mehr oder weniger beliebig einstellbaren Druckverhältnisse im Zylinderraum ist es notwendig, ein dafür geeignetes Druckbegrenzungsventil einzusetzen, wozu die Erfindung vorsieht, dass dem Zylinderraum ein auf den jeweils notwendigen oder gewünschten Druck im Zylinderraum eingestelltes oder einstellbares Druckbegrenzungsventil zugeordnet ist. Das Druckbegrenzungsventil kann oder soll in entsprechend engen Grenzen einstellbar sein, um sehr vielseitig für die notwendige Sicherheit Sorge zu tragen.
  • Beim Einfahren des Zylinders bzw. des zugeordneten Kolbens ist es von Vorteil, wenn dem Ringflächenraum um die Kolbenstange ein 2/2 Wegeschaltventil zur Verbindung mit der Hochdruckpumpe zugeordnet ist. Damit ist nämlich die Möglichkeit gegeben, beim Einfahren des Kolbens mit der Kolbenstange Druck auf die Ringflächenseite des Kolbens aufzugeben, um so das Einfahren zu unterstützen und vor allem zu beschleunigen und sicherzustellen.
  • Als weiteres Schaltventil wird ein solches für das dem Kolbenstangenhohlraum zugeordnete entsperrbare Rückschlagventil benötigt. Hier ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das dem Kolbenstangenhohlraum zugeordnete entsperrbare Rückschlagventil über ein als 3/4 Wegeventil schaltbar ausgebildet ist. Damit kann auf einfache Art und Weise die für die Druckerhöhung im Zylinderraum benötigte Druckflüssigkeit in den Kolbenstangenhohlraum hineingeleitet werden, indem nämlich dieses entsperrbare Rückschlagventil geöffnet wird und gleichzeitig Druckflüssigkeit darüber eingeführt wird. Ist der "Nachspannvorgang" dann abgeschlossen, sperrt dieses entsperrbare Rückschlagventil automatisch und die Stütz- oder Setzarbeit kann geleistet werden. Beim Entlasten wird dieses entsperrbare Rückschlagventil dann erneut mit der Hochdruckpumpe über einen weiteren Schaltvorgang verbunden, sodass die Druckflüssigkeit im Kolbenstangenhohlraum das gleiche Niveau aufweist und dass entsperrbare Rückschlagventil öffnet und einen Austritt von Druckflüssigkeit in Richtung Tank ermöglicht.
  • Die besagten drei 2/2 Wegeventile und das eine 3/4 Wegeventil können einzelnen vorhanden und aufgerüstet sein, wobei es zweckmäßig ist, die 2/2 und 3/4 Wegeventile als elektrisch, hydraulisch oder elektrisch/hydraulisch schaltbare Schaltventile auszubilden. Denkbar ist es dabei auch, dass die 2/2 und die 3/4 Wegeventile über eine gemeinsame Schaltkarte zusammengefasst sind, sodass das abhängige Schalten und die dafür vorgesehenen Zeiträume einfach vorgegeben und der ganze Vorgang "automatisiert" ablaufen kann.
  • Gerade beim Einsatz im untertägigen Bergbau ist es von Vorteil, wenn die benötigten Einzelteile stabil ausgebildet oder durch stabile Gehäuse geschützt sind, was gemäß der Erfindung dadurch erreicht wird, dass der Ventilblock mit den zwei entsperrbaren und dem sperrbaren Rückschlagventil ein gemeinsames, dem Zylinder zugeordnetes Ventilgehäuse aufweist.
  • Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Vorrichtung geschaffen ist, mit der ein sicheres Erhöhen des Druckes der Druckflüssigkeiten in Zylindern und ähnlichen Bauteilen möglich ist, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch irgendwelche falschen Schaltvorgänge, abhängiges Schalten oder Ähnliches hervorgerufene Fehler auftreten. Es zeigt sich vielmehr, dass mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ein variables, aber gezieltes Druckerhöhen in den besagten Zylindern verwirklicht werden kann. Die dafür benötigten Schaltventile bzw. Rückschlagventile sind dabei so geschickt und gesichert in einem gemeinsamen Ventilgehäuse untergebracht, dass vor allem den besonderen Auflagen im untertägigen Berg- und Tunnelbau vorteilhaft Genüge getan werden kann.
  • 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 zeigen:
  • Figur 1
    einen im untertätigen Bergbau eingesetzten Zylinder in einem hydraulischen Ausbau,
    Figur 2
    den Schaltplan für die für den Nachsetzvorgang benötigte Schalteinrichtung,
    Figur 3
    eine Seitenansicht mit zwei der dem Ventilblock zugeordneten Rückschlagventile im Teilschnitt und
    Figur 4
    eine Draufsicht auf das Ventilgehäuse mit dem ersten entsperrbaren Rückschlagventil, teilweise im Schnitt.
  • Ein im untertägigen Bergbau eingesetzter Zylinder 1 ist in Figur 1 wiedergegeben. Er ist Teil des hydraulischen Ausbaus 2, der im Streb 3 eingesetzt ist, um Hangendes 4 und Liegendes 5 gegeneinander abzustützen und so den geschaffenen Hohlraum offen zu halten. Die Hangendkappe 6 ist ebenso mehrteilig ausgebildet wie die Liegendschwelle 7, wobei in der Liegendschwelle 7 ein Schubzylinder 9 untergebracht ist, über den der Strebförderer 8 in Richtung Kohlenstoß 10 verschoben werden kann. Hinter dem auch als Schildausbau bezeichneten hydraulischen Ausbau 2 fällt der Bruch 11 und schließt den geschaffenen Hohlraum wieder zu.
  • Figur 2 zeigt einen vereinfacht wiedergegebenen Schaltplan für die besagte Schalteinrichtung 21. Über diese Schalteinrichtung 21 wird der Zylinder 1 mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, sodass der Kolben 15 mit der Kolbenstange 16 aus dem Zylindergehäuse 14 herausgeschoben und gegen das Hangende 11 verspannt wird. Innerhalb der Kolbenstange 16 ist ein Spannkolben 17 mit einer Spannkolbenstange 18 angeordnet. Dadurch kann die im Kolbenstangenhohlraum 26 sich befindende Druckflüssigkeit zusätzlich in den Zylinderraum 20 hineingedrückt werden, nachdem dieser vorher beispielsweise mit einer Druckflüssigkeit mit 175 bar gefüllt worden ist. Wie dies erfolgt wird nachfolgend beschrieben.
  • Zum Befüllen und auch Entlasten des Zylinderraums 20 und damit des gesamten Zylinders 1 ist zwischen Hochdruckpumpe 23 und Zylinderraum 20 ein Ventilblock 28 mit entsperrbaren Rückschlagventilen 29, 30 und einem sperrbaren Rückschlagventil 31 angeordnet. Dieser Ventilblock 28 ist in die Verbindungsleitung 22 eingeschaltet und sorgt dafür, dass die Druckflüssigkeit von der Hochdruckpumpe 23 gezielt in den Zylinderraum 20 aber auch in den Kolbenstangenhohlraum 26 hinein gelangt. Letzteres erfolgt durch Betätigen des 3/4 Wegeventils 39, sodass die Hochdruckpumpe 23 quasi direkt mit dem Kolbenstangenhohlraum 26 verbunden ist. Das entsperrbare Rückschlagventil 25 wird dabei von der Druckflüssigkeit automatisch passiert. Nach Abschluss dieses an sich erst später eingeleiteten Nachspannens oder Nachsetzens schließt dann das entsperrbare Rückschlagventil 25 und sorgt dafür, dass die Druckflüssigkeit in dem Kolbenstangenhohlraum 26 gesichert verbleibt. Das besagte entsperrbare Rückschlagventil 25 ist in der Verbindungsleitung 22' untergebracht.
  • Soll der Kolbenstangenhohlraum 26 später entlastet werden und zwar mit dem Zylinderraum 20 zusammen, so wird durch Betätigen des 3/4 Wegeventils 39 Druckflüssigkeit von der Hochdruckpumpe 23 zum entsperrbaren Rückschlagventil 25 geleitet und zwar direkt in den Ventilraum, sodass das Ventil entsperrt wird und nun die anstehende Druckflüssigkeit aus dem Kolbenstangenhohlraum 26 in Richtung Tank 32 abfließen kann.
  • Vor dem zuletzt geschilderten Betätigen des 3/4 Wegeventils 39 und Füllen und dann auch wieder Entleeren des Kolbenstangenhohlraums 26 muss zunächst einmal die Kolbenstange 16 mit dem Kolben 15 ausgeschoben werden, wozu der Zylinderraum 20 mit der Hochdruckpumpe 23 verbunden werden muss. Hierzu ist in der Verbindungsleitung 22" der schon besagte Ventilblock 28 mit den Rückschlagventilen 29, 30 31 eingeschaltet.
  • Zum Befüllen des Zylinderraumes 20 wird zunächst über das 2/2 Wegeventil 36' Druckflüssigkeit in das sperrbare Rückschlagventil 31 und gleichzeitig in das entsperrbare Rückschlagventil 30 geleitet. Dadurch wird zunächst einmal das sperrbare Rückschlagventil 31 geschlossen und gleichzeitig oder kurz darauf das entsperrbare Rückschlagventil 30 geöffnet. Dadurch kann Druckflüssigkeit aus der Hochdruckpumpe oder über die Hochdruckpumpe 23 und die Verbindungsleitung 22' zum ersten entsperrbaren Rückschlagventil 29 geleitet werden, das entsprechend geöffnet wird und dann am Druckschalter 34 vorbei die Druckflüssigkeit in den Zylinderraum 20 drückt. Unmittelbar dem ersten entsperrbaren Rückschlagventil 29 ist der besagte Druckschalter 34 zugeordnet, über den die Druckhöhe der vorbeiströmenden Druckflüssigkeit überprüft werden kann, um im Zweifelsfalle den Fördervorgang zu unterbrechen, um Schäden zu vermeiden.
  • Ist der Füllvorgang des Zylinderraums 20 abgeschlossen und auch der Nachsetzvorgang durch Füllen des Kolbenstangenhohlraums 26 abgeschlossen, wird das Druckbegrenzungsventil 35 seine Überwachungsfunktion aufnehmen und sicherstellen, dass eine Überlastung des Zylinders 1 nicht auftritt, indem bei entsprechendem Überdruck über das Druckbegrenzungsventil 35 Druckflüssigkeit abgespritzt wird.
  • Soll der Zylinder 1 entlastet werden, wird zunächst einmal das entsperrbare Rückschlagventil 25 über das 3/4 Wegeventil 39 und gleichzeitig über das 2/2 Wegeventil 36 das entsperrbare Rückschlagventil 29 geöffnet. Da das entsperrbare Rückschlagventil 30 geschlossen und das sperrbare Rückschlagventil 31 wieder durch Betätigen des 2/2 Wegeventils 36' öffnet, kann nun die Druckflüssigkeit aus dem Zylinderraum 20 in den Tank 32 entweichen. Dieser Vorgang wird noch dadurch unterstützt, dass über das 2/2 Wegeventil 38 der Ringflächenraum 37 mit Druckflüssigkeit gefüllt wird. Diese drückt auf die Kolbenringfläche und sorgt dafür, dass der Einschubvorgang des Kolbens 15 unterstützt wird. Beim späteren Spannen des Zylinders 1 erfolgt dann der schon beschriebene Schalt- und Regelvorgang.
  • Die schon erwähnten Rückschlagventile 29, 30 und 31 sind in einem Ventilblock 28 untergebracht, der in einem stabilen Ventilgehäuse 40 untergebracht ist, das anhand der Figuren 3 und 4 kurz erläutert wird.
  • Figur 3 zeigt im oberen Teil das sperrbare Rückschlagventil 31, das im gezeigten Schaltzustand aufgrund der Feder 42 nicht an der Dichtfläche 41 mit seinem Dichtkopf 44 anliegt. Erfolgt nun über den Eintritt 43 die Zuführung von Druckflüssigkeit, so wird der Dichtkopf 44 gegen die Kraft der Feder 42 in die Dichtfläche 41 hinein geschoben.
  • Gleichzeitig mit dem Schließen des sperrbaren Rückschlagventils 31 gelangt Druckflüssigkeit auch über den Eintritt 47 in das entsperrbare Rückschlagventil 30, wodurch der Dichtkopf 46 gegen die Kraft der Feder 45 aus der zugeordneten Dichtfläche heraus geschoben wird. Nun kann über den Pumpenanschluss 48 Druckflüssigkeit in Richtung erstes entsperrbares Rückschlagventil 29 und damit Verbindungsleitung 22 strömen. Mit 50 ist der Kolben des entsperrbaren Rückschlagventils 30 bezeichnet und mit 51 der Kolben des sperrbaren Rückschlagventils 31.
  • Figur 4 schließlich zeigt eine Draufsicht auf das Ventilgehäuse 40, wobei durch einen Schnitt auch das erste entsperrbare Rückschlagventil 39 zu sehen ist. Auch bei diesem Rückschlagventil handelt es sich um ein entsperrbares Rückschlagventil 29, wozu die Feder 55 dafür sorgt, dass das entsperrbare Rückschlagventil 29 in der Regel geschlossen ist. Wird nun über den Eintritt 56 Druckflüssigkeit über das 2/2 Wegeventil 36 auf das entsperrbare Rückschlagventil 29 geleitet, wird der Kolben entsprechend belastet und sorgt dafür, dass der Dichtkopf 59 aus der Dichtfläche heraus gefahren wird und zwar gegen die Kraft der Feder 55, wobei der Kolben mit 57 bezeichnet ist. Während der Anschluss 58 zum Zylinder 1 bzw. zum Zylinderraum 20 führt bzw. die Verbindung darstellt, ist der Anschluss 49 nach der Darstellung nach Figur 3 derjenige, der zum Tank 32 die Verbindung darstellt.
  • Mit 54 ist die Halterung bezeichnet, mit der das Ventilgehäuse 40 am Zylinder 1 festgelegt.
  • Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Druckerhöhung in Zylindern (1), insbesondere von hydraulischem Ausbau (2) im untertägigen Berg- und Tunnelbau, die mit ihrem Zylindergehäuse (14), Kolben (15), Kolbenstange (16) und darin angeordnetem Spannkolben (17) und in den Zylinderraum (20) einschiebbarer Spannkolbenstange (18) über eine Verbindungsleitung (22) mit einer integrierten Schalteinrichtung (21) über eine Hochdruckpumpe (23) mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schalteinrichtung (21) über ein entsperrbares Rückschlagventil (25) in der Verbindungsleitung (22') zwischen Hochdruckpumpe (23) und Kolbenstangenhohlraum (26) und über einen Ventilblock (28) mit weiteren entsperrbaren bzw. sperrbaren Rückschlagventilen (29, 30, 31) in der Verbindungsleitung (22") zwischen Hochdruckpumpe (23) und Zylinderraum (20) verfügend ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ventilblock (28) ein gegen die Hochdruckpumpe (23) sperrendes (30) und ein gegen den Zylinderraum (20) sperrendes entsperrbares Rückschlagventil (29) sowie ein dem Tank (32) zugeordnetes sperrbares Rückschlagventil (31) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das sperrbare Rückschlagventil (31) als durch Verbinden mit der Hochdruckpumpe (23) sperrbares, ansonsten dauerhaft offenes Rückschlagventil ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das gegen die Hochdruckpumpe (23) sperrende entsperrbare Rückschlagventil (30) gleichzeitig mit dem sperrbaren Rückschlagventil (31) öffnungsseitig mit der Hochdruckpumpe (23) verbindbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das sperrbare Rückschlagventil (31) und das gegen den Zylinderraum (20) sperrende Rückschlagventil (29) über je ein 2/2 Wegeventil (36, 36') schaltbar ausgeführt sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ausgangsseitig des gegen den Zylinderraum (20) sperrenden Rückschlagventils (29) ein auf den Fülldruck des Zylinderraums (20) einstellbarer Druckschalter (34) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Zylinderraum (20) ein auf den jeweils notwendigen oder gewünschten Druck im Zylinderraum (20) eingestelltes oder einstellbares Druckbegrenzungsventil (35) zugeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass dem Ringflächenraum (37) um die Kolbenstange (16) ein 2/2 Wegeschaltventil (38) zur Verbindung mit der Hochdruckpumpe (23) zugeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das dem Kolbenstangenhohlraum (26) zugeordnete entsperrbare Rückschlagventil (25) über ein als 3/4 Wegeventil (39) schaltbar ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die 2/2 und 3/4 Wegeventile (36, 36', 38, 39) als elektrisch, hydraulisch oder elektrisch/hydraulisch schaltbare Schaltventile ausgebildet sind.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die 2/2 und 3/4 Wegeventile (36, 36', 38, 39) über eine gemeinsame Schaltkarte zusammengefasst sind.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ventilblock (28) mit den zwei entsperrbaren und dem sperrbaren Rückschlagventil (29, 30, 31) ein gemeinsames, dem Zylinder (1) zugeordnetes Ventilgehäuse (40) aufweist.
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