DE2146502A1

DE2146502A1 - Ventilvorrichtung zum nachsetzen hydraulischer grubenstempel mit hoher setzlast

Info

Publication number: DE2146502A1
Application number: DE2146502A
Authority: DE
Inventors: Volker Behrens; Harry Rosenberg; Walter Weirich
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1971-09-17
Publication date: 1973-03-22
Also published as: US3776098A; FR2152589B1; DE2146502B2; FR2152589A1; GB1409751A; DE2146502C3

Description

Patentanmeldung

der Firma

Gewerkschaft Eisenhütte Vestfalia, 4628 Altlünen

Ventilvorrichtung zum Nachsetzen hydraulischer Grubenstempel

mit hoher Setzlast

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Setzen hydraulischer Grubenstempel mit einer gegenüber einem Betriebsdruck erhöhten Setzlast.

Bei hydraulischen Grubenstempeln, die als Einzelstempel oder in Verbindung mit rückbaren Ausbaurahmen und Ausbaugestellen verwendet werden, ist es im Hinblick auf die Hangendpflege und die gute Beherrschung des Hangenden anzustreben, die hydraulischen Stempel mit einer gleichmäßigen und zudem möglichst hohen Setzlast, die zweckmäßig in Nähe der Nennlast

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der Stempel liegt, zu setzen. Der in den Gewinnungsbetrieben zur Verfügung stehende hydraulische Betriebsdruck reicht jedoch im allgemeinen nicht aus, um die gewünschte hohe Stempelsetzlast zu erreichen. Eine Erhöhung des Betriebsdruckes wäre zwar möglich, jedoch vor allem aus wirtschaftlichen Gründen zumeist nicht vertretbar, weil in diesem Pail auch die anderen, an das hydraulische Versorgungssystem angeschlossenen hydraulischen Vorrichtungen, wie Rückzylinder, Eicht zylinder usw., auf diesen höheren Betriebsdruck ausgelegt werden müssen, was mit beträchtlichen Kosten verbunden wäre. Davon abgesehen, würde eine Erhöhung des Betriebsdruckes aber auch keine Gewähr für eine gleichmäßige Setzlast der Stempel bieten, da der Betriebsdruck Schwankungen unterworfen ist und es weitgehend auch von dem Strebpersonal abhängt, mit welchem Druck die Stempel gesetzt werden. TJm zu erreichen, daß sich in den Stempeldruckräumen eine dem Betriebsdruck entsprechende Setzlast aufbaut, muß beim Setzvorgang das Setzventil nach dem Anliegen der Kappe am Hangenden noch eine gewisse Zeitspanne geöffnet bleiben. Ein vorzeitiges Schließen des Setzventils führt aber in vielen Fällen dazu, daß die Stempel mit unzureichender Setzlast gesetzt werden.

Es ist an sich bekannt, zum Setzen hydraulischer Grubenstempel mit hohen Setzlasten besondere Setzgeräte und Druckübersetzer u.dgl. zu verwenden. Diese Vorrichtungen gewährleisten jedoch nicht, daß die Stempel mit einer von der Bedienungsperson und etwaigen Druckschwankungen unabhängigen gleichmäßigen Setzlast gesetzt werden. Ee ist daher vornehmlich Auf-

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gäbe der Erfindung- eine zuverlässig arbeitende Ventilvorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist. unabhängig von etwaigen Druckschwankungen und auch unabhängig von der Sorgfalt und Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals die Stempel mit hohen und möglichst gleichmäßigen Setzlasten zu setzen.

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ist gekennzeichnet durch ein vom Betriebsdruck betätigtes, in der Zuleitung einer Auflastungsdruckquelle mit einem gegenüber dem Betriebsdruck höheren Auflastungsdruck angeordnetes Zuschaltventil, welches bei Erreichen des vorgegebenen Betriebsdruckes die Auflastungsdruckquelle zur Erhöhung der Stempelsetzlast selbsttätig zuschaltet und welches nach erfolgter Auflastung des Stempels diesen von der Auflastungsdruckquelle selbsttätig absperrt.

Das Zuschaltventil weist vorzugsweise ein sowohl in Öffnungsrichtung als auch in Schließrichtung vom Druck beaufschlagtes kolbenartiges Ventilglied auf. Zweckmäßig besteht dieses Ventilglied aus einem federbelasteten Differentialkolben. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dem Zuschaltventil ein auf den Auflastungsdruck ansprechendes, die Rückstellung des Zuschaltventils in die Schließstellung bewirkendes Überdruckventil zugeordnet. Das Zuschaltventil und das "überdruckventil sind dabei zweckmäßig zu einer Baueinheit zu»anunojjf^efaßt. Dabei empfiehlt es sich, das Überdruckventil ebenfalls »le Kolben-O-Ring-Ventil auszubilden, dessen

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federbelasteter Schieberkolben in einer Axialbohrung des Schieberkolbens des Zuschaltventils angeordnet werden kann. Hit den genannten Ventilen ist zweckmäßig noch ein Rückschlagventil zusammengebaut, welches den Eolbenraum des Zuschal tventils bei Druckentlastung des Stempels entlastet.

Mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung ist es somit möglich, die hydraulischen Stempel eines Strebbetriebs mit einer gegenüber dem Betriebsdruck erhöhten und zudem gleichmäßigen Setzlast zu setzen, indem beim Setzen der Stempel automatisch die Auflastungsdruckquelle zugeschaltet wird, welche im Anschluß an den Setzvorgang die Druckerhöhung im Stempeldruckraum bewirkt. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Druckerhöhung nur daim erfolgt, wenn das Zuschaltventil von dem vorgegebenen Betriebsdruck beaufschlagt wird. Nach Druckerhöhung und Auf lastung der Stempel wird das Zuschaltventil selbsttätig wieder abgeschaltet, um die Möglichkeit zu geben, Undichtigkeiten im Stempelsystem zu orkennen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung schematisch

in einem Schaltplan}
Fig. 2 im Schnitt eine bevorzugte und baulich zweckmäßige Ausführungsform der Ventilvorrichtung.

Der Schaltplan gemäß Fig. 1 läßt ein von Hand oder auch auto-

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matisch betätigtes Stempel-Steuerventil 10 erkennen, welches in der zu einem hydraulischen Stempel 11 führenden Betriebsdruckleitung 12 liegt. Der Betriebsdruck in der Leitung 12 mag z.B. 300 atü betragen. Die Betriebsdruckleitung 12 ist an den Druckraum 13 des Stempels angeschlossen, dessen Innenstempelkolben mit 14 bezeichnet ist. An die Betriebsdruckleitung 12 ist in üblicher Weise ein federbelastetes Überdruckventil 15 angeschlossen, welches den Druck im Druckraum 13 des Stempels begrenzt und bei Erreichen der Stempelnennlast anspricht und dabei eine Verbindung zu einem Rücklauf 16 öffnet. Das Überdruckventil 15 ist hier z.B. auf einen öffnungsdruck von 450 atü eingestellt.

An die Betriebsdruckleitung 12 ist ein Zuschaltventil 17 angeschlossen, welches aus einem kolbenbetätigten Schieberventil besteht, dessen Kolbenschieber von einer Feder 18 in Schließstellung gehalten wird, in der die Verbindung von einer Auflastungsdruckleitung 19 zu der Leitung 12 abgesperrt ist. Die Auflastungsdruckleitung 19 ist an eine Auflastungsdruckquelle angeschlossen, die einen Auflastungsdruck Pp von z.B. 400 atü liefert. Mit 20 und 21 sind zwei Schieberkolben des Zuschaltventils bezeichnet. Der Kolben 20 wird über eine Leitung 22 vom Betriebsdruck der Leitung 12 beaufschlagt, während der Kolben 21 über eine Leitung 23 an ein federbelastetes Überdruckventil 24 angeschlossen ist, welches beim Auflastungsdruck (z.B. 400 atü) öffnet und dabei eine Verbindung von der Leitung 12 zur Leitung 23 herstellt. Zwischen

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der Leitung 23 und der Anschlußleitung 25, welche das Überdruckventil 24 mit der Leitung 12 verbindet, ist ein "Rückschlagventil 26 angeordnet.

Wird das ßtempelventil 10 betätigt, so wird der Stempel 11 an die Betriebsdruckleitung 12 angeschlossen, so daS sich in dem Stempeldruckraum 13 der Betriebsdruck P., von z.B. 30ö atü aufbaut· Der Stempel fährt bei Druckbeaufschlagung zunächst so weit aus, bis sich seine Sappe gegen das Hangende legt* In diesem Augenblick kann sich in dem Stempeldruckraum 15 der Betriebsdruck einstellen. Dor Betriebsdruck F., wirkt dann, über die Leitung 22 auf den Ventilkolben 20, der hierdurch den Schieberkolben des Zuschaltventils 1? entgegen der Kraft der Feder 18 in die Öffnungsstellung bringt, in der die Auf-= lastungsdruckleitung 19 an die zu dem ßtempeldruckraum 13 führende Leitung 23 angeschlossen ist· Dadurch wird der Stempel auf den Auflastungsdruck (400 atü) auf gelastet. Sobald im Stempeldruckraum 13 dieser Druck erreicht ist, Öffnet das Überdruckventil 24, wodurch der Ventilkolben 21 über die Leitung 23 von dem Auflastungsdruck beaufschlagt wird. Hierdurch wird das Zuschaltventil 17 unter der Wirkung seiner Feder wieder in die dargestellte Schließstellung gebracht, in der der Stempel von der Auflastungsdruckleitung 19 abgesperrt ist« Die Auflastungsdruckquelle liefert also nur eine so geringe Flüssigkeitsmenge, daß der Stempeldruckraum von dem Betriebsdruck auf den höheren Auflastungsdruck gebracht wird. Nach Abschalten des Zuschaltventils 17 iet der Stempel von der Auf-

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lastungBdruckquelle unabhängig* Erhöht sich infolge der Hangendbelastung der Druck im Druckraum 13 des Stempels, so wird dieser durch das Überdruckventil 15 auf den Nenndruck des Stempels begrenzt.

Wird der Stempel beim Rauben durch entsprechende Betätigung des Stempelventils 10 an den Rücklauf 16 angeschlossen, so kann sich der Druck, der in der Leitung 23 und in dem Arbeitsraum des Kolbens 21 herrscht, über das Rückschlagventil 26 und die Leitungen 25 und 12 vollständig abbauen.

Fig. 2 zeigt eine Ventilvorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die in Fig. 1 mit der strichpunktierten Umrahmung versehenen Ventile in zweckdienlicher Weise zu einer Ventilpatrone zusammengebaut sind. Die Ventilpatrone besteht aus zwei (Teilen, nämlich dem Gehäuse 30 und dem Ventilträger 31· Beide Teile sind miteinander verschraubt. Die gesamte Ventilpatrone sitzt in einer gestufter. Bohrung eines Blocks 32, der z.B. der Steuerblock eines Ausbaugestells od.dgl. ist. Die Patrone wird mittels einer Gewindehülse 33 in der Bohrung gehalten.

Mit 34- ist ein Schieberkolben des Zuschaltventils bezeichnet, der in einer zentralen Axialbohrung des Ventilträgers 31 geführt und mittels O-Ringe 35 gegenüber dieser Bohrung abgedichtet ist. Der Schieberkolben 3^ trägt am oberen Ende einen kugeligen Kopf 36, auf dem si- la die Federlagerung 37 S^e~ leiikbtweglich abstützt. Zwischen dem Kolben 37 und einem, von

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oben in das Gehäuse 30 der Patrone eingesetzten Anschlag 38 ist eine Feder 39 angeordnet die in dem Raum 40 zwischen dem Anschlag 38 und dem Ventilträger 31 angeordnet ist. Die Teile 34- bis 39 bilden das in Fig. 1 mit 17 bezeichnete Zuschaltventil. Mit 41 sind abgesetzte Radialbohrungen in dem Ventilträger 31 bezeichnet, welche die Auflastungsdruckleitung 19 gemäß Fig. 1 bilden. Diese Radialbohrungen münden in eine Ringnut 42 der Axialbohrung des Schieberkolbens 34. Mit 43 ist der Anschluß der Betriebsdruckleitung 12 bezeichnet, über die der Schieberkolben 3^ somit von dem Betriebsdruck P-, an seiner unteren ringförmigen Stirnfläche 44 beaufschlagt wird. Der Kolbenraum 40 und der Anschluß 43 sind über eine weitere Axialbohrung 45 des Yentilträgers 31 verbunden. In dieser Axialbohrung sitzt ein Rückschlagventil 46. welches dem Ventil 26 gemäß Fig. i entspricht.

Der Schieberkorben .54 weise eine gestufte Axie!bohrung 47 auf. in der ein zweiter Schieberkolben 48 geführt ist. welcher das Überdruckventil 24 gemäß Fig. 1 bildet. Dieser Schieberkolben 48 ist durch den Kolben 37 unä durch eine zentrale Bohrung des Topfstücks 38 in den Innenraum desselben hochgeführt. Es weist hier ein kolbenartiges Kopfstück 49 auf, welches auf einem Kugelkopf 50 des Schieberkolbens gelenkbeweglich abgestützt ist. Eine Feder 51 stützt sich einerseits an dem Teil 49 und andererseits an einem in das Topfstück von eben eingeschraubten Stopfen 52 ab. Mit 53 54 sind in Nuten sitzende O-Ringe bezeichnet. welche den

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Schieberkolben 48 gegenüber den Teilen 36 bzw. 38 abdichten. Der Schieberkolben weist im Bereich seines unteren Endes eine Axialbohrung 55 auf, die oben in Radialbohrungen 56 übergeht.

Die Arbeitsweise des Ventils ist wie folgt:

Beim Setzen des Stempels 11 gemäß Fig. 1 baut sich im Anschluß 43 des Ventils der Betriebsdruck P^ unterhalb des Schieberkolbens 34 auf. Der Betriebsdruck P₁ wirkt auf die ringförmige Kolbenfläche 44, wodurch der Schieberkolben entgegen der Rückstellkraft der Feder 39 nach oben geschoben wird, so daß die Auflastungsdruckleitung über die Radialbohrung 41 und die Hingnut 42 mit der Anschlußbohrung 43 in Verbindung gelangt und damit der Stempel auf den Druck Pp aufgelastet wird, wie dies vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde. Sobald der Stempel auf den Druck P₂ aufgelastet worden ist, erreicht der Druck in der Axialbohrung 47 des Schieberkolbens 34 den Vert Pg, wodurch der Schieberkolben 48 entgegen der Rückstellkraft der Feder 51 hochgeschoben und damit über die Bohrungen 55 und 56 die Verbindung zu dem Kolbenraum 40 hergestellt wird. Das hat zur Folge, daß der als Differentialkolben ausgebildete Kolben 37 vom hydraulischen Druck entlastet und demgemäß unter der Rückstellkraft seiner Feder 39 in die dargestellte Schließstellung xurückbewegt wird, in der er die Auflastungsdruckquelle bzw. die Bohrung 41 gegenüber der mit dem Stempeldruckraum in Verbindung stehenden Bohrung 45 absperrt.

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Es ist erkennbar, daß bei etwaigen Undichtigkeiten des Stempels der Auflasirungsdruck P₂ nicht mehr in den Stempeldruekrauffl gelangen kann. Wird der Stempel 11 geraubt und dabei mit dem Rücklauf 16 verbunden, so wird der Druck, der in dem Kolben- und Federraum 40 herrscht und den Druckausgleich des Kolbens 37 bewirkt, über das Rückschlagventil 46 und die Bohrung 45 zum Ablauf 16 (Fig. 1) hin abgebaut.

Es ist erkennbar, daß beim Hochfahren des Kolbens 37 das Volumen des Kolbenraums 40 geringfügig vermindert wird, was einen gewissen Pumpeffekt zur Folge hat. Die daraus resultierende Druckerhöhung läßt sich auf einfache Veise z.B. dadurch verhindern, daß der Raum 40 über ein Überdruckventil z.B. an den Ablauf angeschlossen wird.

Kittels eines kleinen Stiftes od.dgl., der nach außen herausgeführt den Weg des Schieberkolbens 48 anzeigt, kann der Zuschaltvorgang nach außen sichtbar gemacht werden.

Um eine gute Abstimmung der beiden einstellbaren Drücke P₁, Pp zu erreichen, sollten die Öffnungswege der beiden Schieberkolben 34 und 48 gleich sein. Durch Verdrehen des oberen Einstellrings 57 lassen sich die Ansprechdrücke P₁ und P₂ der beiden Schieberkolben bei gleichbleibender Druckdifferenz P₂ - P₁ ändern.

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Claims

Ansprüche

1. Ventilvorrichtung zum Setzen hydraulischer Grubenstempel mit einer gegenüber einem Betriebsdruck erhöhten Setzlast, gekennzeichnet durch ein vom Betriebsdruck (P₁) betätigtes, in der Zuleitung (19) einer Auflastungsdruckquelle mit einem gegenüber dem Betriebsdruck höheren Auflastungsdruck (Pp) angeordnetes Zuschaltventil (17), welches bei Erreichen des vorgegebenen Betriebsdrucks die Auflastungsdruckquelle zur Erhöhung der Stempelsetzlast selbsttätig zuschaltet und welches nach erfolgter Auf lastung des Stempels diesen von der Auflastungsdruckquelle selbsttätig absperrt.

2. Ventil vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschaltventil (1?) ein sowohl in Öffnungsrichtung als auch in Schließrichtung vom !Druck beaufschlagtes kolbenartiges Yentilglied aufweist.

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied des Zuschaltventils aus einem federbelasteten Differentialkolben (37) besteht.

4·. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch ein auf den Auf lastung sdruck (Pp) ansprechendes, die Rückstellung des Zuschaltventil (17) in die Schließstellung bewirkendes Überdruckventil

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5. Ventilvorrichtung nach. Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschaltventil (1?) und das Überdruckventil (24) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

6. Yentilvorricl;tTing nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (24-) aus einem Kolben-Schieberventil (48) besteht, dessen federbelasteter Schieberkolben in einer Jbcialbohrung des Schieberkolbens (34) des Zuschaltventils angeordnet ist.

7. Ventilvorriehtung nach einen der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch ein &®ώ. Eolbenraum (40) des £i£fereiitialkolbens (37) "bsi Druckentlast'tmg das Stempsls entlastendes Bückschlagventil (46)*

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