DE19857890B4

DE19857890B4 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE19857890B4
Application number: DE19857890A
Authority: DE
Inventors: Michael Dettmers; Wolfgang Kobow; Werner Reinelt
Original assignee: DBT GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: DE19857890A1; AU6523299A; AU756552B2; PL189922B1; US6398181B1; PL337144A1

Abstract

Ventilanordnung für hydraulisch betätigbare Maschineneinrichtungen im Bergbau, insbesondere für Ausbaugestelle im Untertagebergbau, mit einem oder mehreren, hydraulisch betätigbaren Arbeitsventil(en) zum Ansteuern von einem oder mehreren hydraulisch betätigbaren Maschinenaggregat(en) der Maschineneinrichtung und mit mindestens einem dem oder den Arbeitsventil(en) zugeordneten, dieses bzw. diese ansteuernden, elektrohydraulischen Vorsteuerventil, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder den Vorsteuerventil(en) (15) eine eigene, von der Hydraulikflüssigkeitsversorgung (20) des oder der Arbeitsventile(s) (12, 13, 14) separierte oder separierbare Druckmittelversorgung (17) zugeordnet ist, wobei der Druckmittelversorgung (17) für das oder die Vorsteuerventil(e) (15) eine Druckspeichereinrichtung (24) zugeordnet ist, die im Wesentlichen aus einem mit Inertgas gefüllten Druckausgleichsbehälter (25) besteht, und wobei die Druckmittelversorgung (17) unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils (22) an die Hydraulikflüssigkeitsversorgung (20) für das oder die Arbeitsventil(e) (12, 13, 14) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für hydraulisch betätigbare Maschineneinrichtungen im Bergbau, insbesondere für Ausbaugestelle im Untertagebergbau, mit einem oder mehreren, hydraulisch betätigbaren Arbeitsventil(en) zum Ansteuern von einem oder mehreren hydraulisch betätigbaren Maschinenaggregat(en) der Maschineneinrichtung und mit mindestens einem dem oder den Arbeitsventil(en) zugeordneten, dieses bzw. diese ansteuernden, elektrohydraulischen Vorsteuerventil.
Derartige Ventilanordnungen kommen im untertägigen Bergbau in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz, beispielsweise zum Steuern der hydraulischen Zylinder von Ausbaugestellen, die bei fortschreitendem Abbau des Strebs regelmäßig geraubt, verfahren und neu gesetzt werden müssen. Die Zufuhr und Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit zu den dabei ein- und auszufahrenden Hydraulikzylindern wird von den Arbeitsventilen gesteuert, die wiederum von den Vorsteuerventilen geschaltet werden müssen, da die zum Schalten der Arbeitsventile erforderliche Leistung von im eigensicheren Leistungsbereich betriebenen Elektromagneten nicht aufgebracht werden kann, die allein für den Einsatz im untertägigen Bergbau zugelassen sind.
Die Schaltung der Arbeitsventile erfolgt somit selbst mittels der Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit. Dabei ist bei den bekannten Ventilschaltungen die Anordnung so getroffen, daß die elektrohydraulischen Vorsteuerventile an die gleiche Hydraulikflüssigkeitsversorgung wie die großen Verbraucher, die als Arbeitsventile üblicherweise eingesetzten Drei-Zwei-Wegeventile, ange schlossen sind und somit mit demselben, von den Hydraulik-Flüssigkeitspumpen zur Verfügung gestellten Pumpendruck beaufschlagt werden. Diese bekannte Anordnung hat bei den meisten Maschineneinrichtungen bei der Ansteuerung von deren Hydraulikaggregaten zuverlässig funktioniert. Bei großen Verbrauchern jedoch, beispielsweise bei sehr großen Ausbaugestellen, die für eine hohe Belastung ausgelegt und mit entsprechend großen Stempeln und Zylindern versehen sind, kann es dazu kommen, dass innerhalb kurzer Zeit eine große Menge Hydraulikflüssigkeit benötigt wird, beispielsweise wenn mehrere Verbraucher gleichzeitig angesteuert werden, was zur Folge hat, dass der Druck in dem die Hydraulikflüssigkeit liefernden Hochdrucksystem deutlich abfällt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Vorsteuerventile wegen des schwankenden bzw. zu niedrigen Hydraulikdruckes zu flattern anfangen, das heißt, ihre gewünschte Schaltstellung nicht kontinuierlich beibehalten, sondern auf- und zufahren, wodurch auch die Arbeitsventile nicht in der erforderlichen Schaltstellung gehalten werden und dadurch eine gleichmäßige Beaufschlagung der von diesen gesteuerten Verbraucher nicht gewährleistet ist.
Eine gattungsgemäße Ventilanordnung ist aus der DE 35 30 657 C2 bekannt. Bei der gattungsgemäßen Ventilanordnung war, um eine Vielzahl in Schlagwetter gefährdeter Umgebung eingesetzter hydraulischer Verbraucher gleichzeitig betätigen zu können, jedem hydraulisch betätigbaren Wegeventil ein eigenes, elektrisch ansteuerbares Vorsteuerventil vorgeschaltet, wobei mehrere Vorsteuerventile über elektrisch ansteuerbare Wegeventile indirekt an die Rücklaufleitung angeschlossen sind.
Aus der DE 21 61 951 ist eine Regelvorrichtung für ein hydraulisches Grubenausbaugestell bekannt. Um den hydraulischen Druck im Grubenausbaugestell konstant zu halten, ist ein Überstromventil in einer Druckkammer angeordnet, die ein ansteuerbares, elastisches Druckspeicherelement enthält, wobei das Überstromventil die Druckkammer pumpenseitig abschließt. Das Überstromventil ist mit einem doppelt beaufschlagbaren, linear verschiebbaren Steuerelement verbunden, dessen eine Seite mit der Speiseleitung und dessen andere Seite mit ei nem Sollwert-Druckmittelspeicher in Verbindung steht. Der Soll-Druckmittelspeicher kann über eine Ladeleitung und einen Dreiwegehahn mit der Speiseleitung verbunden oder von dieser getrennt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilanordnung zu schaffen, mit der ein ungleichmäßiger Betrieb, insbesondere ein Flattern, der Ventile zuverlässig vermieden wird, damit eine gleichmäßige Beaufschlagung des oder der hydraulisch betätigbaren Maschinenaggregate, insbesondere ein ruckfreies Ein- und Ausfahren der Stempel bzw. der Zylinder gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Erfindungsgemäß ist dem oder den Vorsteuerventilen eine eigene, von der Hydraulikflüssigkeitsversorgung des oder der Arbeitsventile separierte oder separierbare Druckmittelversorgung zugeordnet, wobei der Druckmittelversorgung für das oder die Vorsteuerventile eine Druckspeichereinrichtung zugeordnet ist, die im Wesentlichen aus einem mit Inertgas gefüllten Druckausgleichsbehälter besteht, und wobei die Druckmittelversorgung unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils an die Hydraulikflüssigkeitsversorgung für das oder die Arbeitsventile angeschlossen ist. Erfindungsgemäß haben also die Vorsteuerventile ihre eigene Druckmittelversorgung, die zwar mit der Hydraulikflüssigkeitsversorgung für die Arbeitsventile in Verbindung steht, jedoch bei geschlossenem Absperrventil auch völlig unabhängig von dieser sein kann. Druckschwankungen in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung für die Arbeitsventile wirken sich daher nicht auf die Druckmittelversorgung für die Vorsteuerventile aus, sondern es herrscht in dieser ein weitgehend konstanter Hydraulik-Flüssigkeitsdruck, so daß sichergestellt ist, daß die Vorsteuerventile nicht infolge von Druckabfällen in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung für die Arbeitsventile in unerwünschter Weise in den oben beschriebenen, instabilen Betriebszustand kommen, sondern die gewünschte Ventilstellung über die gesamte gewünschte Zeitdauer beibehalten. Dadurch wird sichergestellt, daß auch bei starken Druckschwankungen im Hydraulikflüssigkeitssystem die Arbeitsventile in ihrer gewünschten offenen oder geschlossenen Stellung gehalten werden, so daß die Hydraulikflüssigkeit den entsprechenden Maschinenaggregaten kontinuierlich zugeführt wird.
Erfindungsgemäß ist der Druckmittelversorung für das oder die Vorsteuerventil(e) eine Druckspeichereinrichtung zugeordnet. Die Druckspeichereinrichtung kann aus einem einfachen Hydraulikschlauch bestehen, in dem ein Teil des Druckmittels der Druckmittelversorgung gespeichert ist und wegen der zumindest geringfügig vorhandenen Kompressibilität des Hydraulikschlauches eine Art Druckpolster bildet, das für einen gleichmäßigen Druck im gesamten Druckmittelversorgungssystem sorgt. Eine besonders vorteilhafte und elegante Lösung ergibt sich, wenn die Druckspeichereinrichtung im wesentlichen aus einem Druckausgleichsbehälter besteht, der zumindest teilweise mit Gas gefüllt ist, also eine Gas-Druckblase aufweist, die wegen der wesentlich höheren Kompressibilität des Gases für einen besonders guten Druckausgleich sorgt und selbst dann einen fast unveränderten Druck im Druckmittelversorgungskreis gewährleistet, wenn alle Vorsteuerventile gleichzeitig betätigt werden und sich dadurch das Volumen des Druckmittelsystems messbar verändert.
Die Gasfüllung der Druckblase besteht vorzugsweise aus einem Inertgas, zweckmäßig aus Stickstoff, so daß sichergestellt ist, daß sich in der Druckspeichereinrichtung kein entzündliches Gasgemisch bilden kann.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Druckmittelversorgung für das oder die Vorsteuerventil(e) unter Zwischenschaltung eines Absperrventils an die Hydraulikflüssigkeitsversorgung für das oder die Arbeitsventil(e) angeschlossen oder anschließbar ist. Bei dieser Ausgestaltung wird der in der Druckmittelversorgung für die Vorsteuerventile erforderliche Hydraulikdruck ähnlich wie bei den älteren, bekannten Ventilanordnungen aufgebaut, solange in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung für die Arbeitsventile der hierfür erforderliche hohe Druck zur Verfügung steht. Das Absperrventil sorgt dafür, daß ein Druckabfall in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung für die Arbeitsventile keinen Einfluß auf die Druckmittelversorgung für die Vorsteuerventile hat, da bei geschlossenem Absperrventil die beiden Flüssigkeitssysteme ohne Verbindung untereinander sind. Eine ganz besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dabei, wenn das Absperrventil als Rückschlagventil ausgestaltet ist und somit automatisch das Druckmittelsystem für die Vorsteuerventile von der restlichen Hydraulikflüssigkeitsversorgung trennt, wenn es zu einem Druckabfall in dieser kommt. Andererseits wird durch diese Anordnung sichergestellt, daß der Druck in der Druckmittelversorgung für die Vorsteuerventile immer mindestens genauso groß ist wie der Druck im Rest des Hydrauliksystems.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wird. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Ventilanordnung für ein Strebausbaugestell in einem schematischen Hydraulikschaltplan.
Die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Ventilanordnung dient zum Ansteuern der in einem Schreitausbaugestell vorhandenen Hydraulikzylinder, mit deren Hilfe das Gestell im Betrieb geraubt, verfahren und wieder gesetzt werden kann, wobei die Zylinder über einen großen Weg ein- bzw. ausfahrbar sind, um eine Anpassung des Ausbaugestells an die sich verändernden Ausbaugegebenheiten bei fortschreitendem Streb zu gewährleisten.
Aus Gründen der einfacheren Darstellung ist in der Figur lediglich ein Hydraulikzylinder 11 eines Ausbaugestells schematisch dargestellt, der über zwei Arbeitsventile 12, 13 angesteuert wird. Die in der Zeichnung ebenfalls dargestellten Arbeitsventile 12', 13' die neu zur Ansteuerung von weiteren Hydraulikzylindern des Ausbausgestells und arbeiten hierzu ähnlich wie die Arbeitsventile 12, 13 paarweise zusammen. Ein zusätzliches, einzeln wirkendes Arbeitsventil 14 dient dazu, am Ausbausgestellt angeordnete Wassersprühdüsen freizugeben bzw. zu schließen, wie dies an sich bekannt ist.
Alle Arbeitsventile 12 bis 14 werden in an sich bekannter Weise hydraulisch angesteuert, wozu die Ventilanordnung mehrere elektrohydraulische Vorsteuerventile 15 aufweist, deren Elektromagnete 16 im eigensicheren elektrischen Leistungsbereich betrieben werden, wie dies bei Maschineneinrichtungen für den Untertagebergbau vorgeschrieben ist.
Die Vorsteuerventile 15 sind einer Druckmittelversorung 17 zugeordnet, die die erforderliche Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung der Arbeitsventile 12, 13, 14 bereitstellt. Bei Betätigung der Vorsteuerventile aus der dargestellten Ruhestellung in ihre Arbeitsstellung wird also der in der Druckmittelversorgung 17 herrschende Arbeitsdruck über die Leitungen 18, 19 an den Betätigungsstößeln der Arbeitsventile 12 bis 14 angelegt, so daß diese ebenfalls betätigt werden und die Hydraulikflüssigkeit einer Hydraulikflüssigkeitsversorgung 20 in die bzw. aus den Arbeitsräume(n) der Hydraulikzylinder 11 strömen kann.
Erfindungsgemäß ist die Druckmittelversorung 17 für die Vorsteuerventile 15 von der Hydraulikflüssigkeitsversorgung 20 für die Arbeitsventile 12 bis 14 entkoppelt bzw. separierbar, wozu zwischen die beiden Flüssigkeitssysteme 17 bzw. 20 in einer Verbindungsleitung 21 ein Rückschlagventil 22 eingeschaltet ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der von einer Hydraulikpumpe 23 in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung 20 aufgebaute hydraulische Druck über das dann offene Rückschlagventil 22 auch in der Druckmittelversorgung 17 zur Verfügung steht. Sobald es jedoch in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung 20 für die Arbeitsventile 12–14 zu einem Druckabfall kommt, schließt das Rückschlagventil 22, so daß der in der Druckmittelsorgung 17 für die Vorsteuerventile 15 herrschende Arbeitsdruck nicht mit dem Flüssigkeitsdruck in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung absinkt, sondern der zuvor von der Hydraulikpumpe 23 erzeugte hydraulische Druck weitgehend erhalten bleibt. Aufgrund des weitgehend konstanten Druckniveaus in der Druckmittelversorgung für die Vorsteuerventile ist sichergestellt, daß diese in einem stabilen Betriebszustand arbeiten, also nicht in unerwünschter und unkontrollierbarer Weise öffnen und schließen (Flattern). Da durch die Trennung der Druckmittelversorgung 17 für die Vorsteuerventile von dem Hydraulikmittelkreislauf 20 zum Betrieb der Verbraucher (Hydraulikzylinder 11) ein weitgehend konstanter Arbeitsdruck der Hydraulikflüssigkeit über die Vorsteuerventile auch an den Arbeitsventilen 12 bis 14 anliegt, werden auch diese unabhängig vom Flüssigkeitsdruck in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung sicher in ihrer jeweils gewünschten Schaltstellung gehalten, so daß die Hydraulikzylinder 11 immer kontinuierlich beaufschlagt werden und somit ruckfrei aus- bzw. einfahren können.
Um in der Druckmittelversorgung 17 den gewünschten, möglichst gleichbleibenden Druck zu gewährleisten, ist dieser eine Druckspeichereinrichtung 24 zugeordnet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen aus einem Druckausgleichsbe hälter 25 besteht, der zu einem Teil mit einem eine Druckblase 26 bildenden Intergas, vorzugsweise Stickstoff gefüllt ist. Die Gasblase über dem Flüssigkeitsspiegel der Druckflüssigkeit sorgt wegen der vergleichsweise hohen Kompressibilität des Gases in der Druckmittelversorgung 17 für einen vergleichsweise gleichmäßigen Flüssigkeitsdruck, so daß die Vorsteuerventile mit Hilfe des Druckspeichers und des Rückschlagventils einwandfrei auch dann arbeiten, wenn mehrere von ihnen gleichzeitig betätigt werden und dann der Druck in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung bei gleichzeitiger Beaufschlagung mehrerer Verbraucher plötzlich abfällt.
Sobald der Druck in der Hydraulikflüssigkeitsversorgung wieder ansteigt und einen Wert erreicht, der dem Druck in der Druckmittelversorgung bzw. deren Druckspeichereinrichtung entspricht, wird das Rückschlagventil wieder freigegeben, so daß sich dann das Druckniveau in beiden Flüssigkeitskreislaufteilen wieder ausgleicht.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es ergeben sich eine Anzahl von Änderungen und Ergänzungen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise möglich, die Druckmittelversorgung für die Vorschaltventile von der Hydraulikflüssigkeitsversorgung für die Arbeitsventile völlig abzukoppeln und den erforderlichen Hydraulikdruck zur Beaufschlagung der Vorschaltventile für die Betätigung der Arbeitsventile über eine separate Hydraulikpumpeneinrichtung oder einen Druckgasanschluß am Druckausgleichsbehälter zu gewährleisten, der dort bereits bei 27 angedeutet ist. Anstelle des Druckausgleichsbehälters kann als einfacher Druckspeicher auch ein das Volumen der Druckmittelversorgung 17 vergrößernder Druckschlauch zum Einsatz kommen, der selbst eine gewisse Kompressibilität hat und daher jedenfalls bei den zu erwartenden, nur geringen Volumenänderungen beim Schalten der Ventile im Druckmittelkreis für einen ausreichend konstanten Flüssigkeitsdruck darin sorgt.

Claims

Ventilanordnung für hydraulisch betätigbare Maschineneinrichtungen im Bergbau, insbesondere für Ausbaugestelle im Untertagebergbau, mit einem oder mehreren, hydraulisch betätigbaren Arbeitsventil(en) zum Ansteuern von einem oder mehreren hydraulisch betätigbaren Maschinenaggregat(en) der Maschineneinrichtung und mit mindestens einem dem oder den Arbeitsventil(en) zugeordneten, dieses bzw. diese ansteuernden, elektrohydraulischen Vorsteuerventil, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder den Vorsteuerventil(en) (15) eine eigene, von der Hydraulikflüssigkeitsversorgung (20) des oder der Arbeitsventile(s) (12, 13, 14) separierte oder separierbare Druckmittelversorgung (17) zugeordnet ist, wobei der Druckmittelversorgung (17) für das oder die Vorsteuerventil(e) (15) eine Druckspeichereinrichtung (24) zugeordnet ist, die im Wesentlichen aus einem mit Inertgas gefüllten Druckausgleichsbehälter (25) besteht, und wobei die Druckmittelversorgung (17) unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils (22) an die Hydraulikflüssigkeitsversorgung (20) für das oder die Arbeitsventil(e) (12, 13, 14) angeschlossen ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeichereinrichtung (24) eine mit Inertgas gefüllte Druckblase (26) hat.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung der Druckblase (26) aus Stickstoff besteht.