DE8303682U1 - Steuerventil für Hydraulikzylinder, insbesondere an Grubenausbaueinrichtungen - Google Patents

Description

• · It

• · I I I I · · » ·

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil mit Handbetätigung zur Steuerung hydraulischer Arbeitezylinder, insbesondere an Ausbaueinrichtungen in Grubenbetrieben, mit einem Ventilgehäuse, welches Öffnungen zum An-

j 5 Schluß einer Druckmittelzuführleitung, einer Rücklaufleitung und von zwei zum Arbeitszylinder führenden Leitungen aufweist, die an die Druckmittelräume auf der Kopf- und Stangenseite des Zylinders angeschlossen sind, wobei in der Ruhestellung des Steuerventils die

j 10 Zufuhrleitung gesperrt und die Zylinderleitungen mit der Ablaufleitung verbunden sind und in den beiden wahlweise einstellbaren Arbeitsstellungen die Zufuhrleitung jeweils mit einer Zylinderleitung und die andere Zylinderleitung mit der Ablaufleitung verbunden sind.

Zur Steuerung der hydraulisch betriebenen Arbeitszylinder an Grubenausbaueinrichtungen werden teilweise sogenannte Schieberventile benutzt, die im wesentlichen aus einem Gehäuse mit einer Bohrung und einem in der Bohrung in Achsrichtung hin- und herbewegbaren Kolbenschieber bestehen, wobei der Kolbenschieber in der Regel als Mehrfachkolben ausgebildet ist. Diese Schieberventile sind entweder als Vorsteuerventil bei Schildausbau-Systemen oder zur direkten Steuerung von Arbeitszylindern eingesetzt. Das hydraulische Druckmittel, dessen Strömung mit Hilfe eines solchen Schieberventils freigegeben oder unterbrochen wird, steht hierbei unter einem sehr hohen Druck, der Werte bis zu i

650 bar erreichen kann. ]

Bei diesen Schieberventilen sind im Einsatz erhebliche I Schwierigkeiten aufgetreten, die verschiedene Ursachen j haben. Zum einen verursacht die Bauweise eines Schie- j berventils starke Turbulenzen der Hydraulikflüssigkeit,] die zu Ausspülungen in der Gehäusewandung und damit zu ■

• · I
4 Il
« I

- 6 - j

i Undichtigkeiten führen. Schon nach relativ kurzer Be- !

triebszeit entsteht hierdurch ein derart hoher Verschleiß, daß solche Ventilgehäuse durch eine übliche j Reparatur nicht mehr instand gesetzt werden können. '

Weiter sind die Dichtringe der Schieberkolben, die bei j

der axialen Bewegung Ein- und Ausgangebohrungen in der j Wandung des Gehäuses überfahren, einem starken Verschleiß ausgesetzt. Gefördert wird der Verschleiß vielfach durch: die kaum vermeidbare Verschmutzung an den Gleitflächen

und Verschmutzungen im Innern des Schiebergehäuses. ■ Auch hierdurch entstehen Leckstellen, die das Ventil in j seiner Steuerfunktion beeinträchtigen. Die Ventile : müssen daher häufig ausgewechselt werden, womit unliebsame Betriebsunterbrechungen verbunden sind. Verschie- :

denartige Bemühungen, durch zusätzliche Maßnahmen das ;

Eindringen von Schmutz in den Bereich der Abdicht- j flächen zu vermeiden, brachten bisher nicht den ge-

wünschten Erfolg. !

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil zur Steuerung hydraulischer Arbeitszylinder zu ; schaffen, bei dem durch eine andere Bau- und Funktioas- , weise die Schwierigkeiten eines Schieberventils vermieden werden, d.h. das Ventil soll so beschaffen sein,
daß es unempfindlich gegen Verschmutzungen und vorzeitigen Verschleiß ist und somit eine weitaus größere

Lebensdauer als ein herkömmliches Schieberventil er- ■ reicht. :

Ein Steuerventil, welches diese Forderungen erfüllt, ist erfindungsgemäß durch nachstehende Merkmale gekennzeichnet:

- das Ventilgehäuse enthält zwei parallele Bohrungen

mit je einem Satz untereinander gleicher Ventilinnenteile, die an dem vom Betätigungshebel abge-

• · > «t if lltifi • ■> · · · a ι ι · ι ι

• · · · ■ I Il I ······ («If ■

• · ■ »II ICII >·· ·· ·· III· II 11

wandten Ende mit je einem Einschraubstück druckdicht abgeschlossen sind,

- die Einschraubstücke bilden den Abschluß je eines Eingangsraumes, die mit der Öffnung für den Anschluß der Druckmittelzufuhrleitung in Verbindung stehen, und sind zugleich Widerlager für je eine Schließfeder, die am anderen Ende an je einem ersten Kugelverschlußstück anliegen,

- den inneren Abschluß der Eingangsräume in den Bohrungen bildet je ein unbewegliches Zwischenstück mit einer axialen Bohrung, deren Enden Ventilsitze bilden, wobei die den Eingangsräumen benachbarten Ventilsitze mit den ersten Kugelverschlußstücken zusammenwirken ,

- die axialen Bohrungen sind mit je einem Druckmittelrauin verbunden, die mit je einer Öffnung im Ventilgehäuse für den Anschluß je einer Zylinderleitung in Verbindung stehen,

in den axialen Bohrungen verläuft je ein konzentrisches Distanzstück, durch welches jeweils das erste Kugelverschlußstück und je ein zweites Kugelverschlußstück in einem solchen axialen Abstand gehalten sind, daß das zweite KugeIverschlußstück den zugehörigen Ventilsitz nicht berührt, wenn das erste Kugelverschlußstück die Schließstellung einnimmt und umgekehrt,

die zweiten Kugelverschlußstücke dienen zum Sperren je eines Entlastungsraumes, die mit einer gemeinsamen Öffnung im Ventilgehäuse für den Anschluß der Ablaufleitung in Verbindung stehen und durch je ein zylindrisches Abstandstück mit einer darin befind-

• · I I I <

• ··· It ·

• · Il I I

• I Il Il

* I' Il II··

lichen axialen Bohrung abgeschlossen sind, wobei in den Bohrungen je ein Kolben mit Stößel axial bewegbar gefühlt ist, die jeweils an ihrem inneren Ende am zweiten Kugelverschlußstück und an ihrem äußeren Ende an je einem Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels anliegen, der in einen Handsteuerhebel übergeht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Kugelverschlußstücke aus lose eingelegten Kugeln aus Keramik, die an den Sitzflächen der Axialbohrung des Zwischenstückes die Abdichtung bewirken. Diese Sitzflächen sind zusätzlich gehärtet und damit praktisch verschleißfrei. Die Keramikkugeln als Dichtelement haben eine sehr hohe Festigkeit und sind praktisch verschleißfrei. Es hat sich gezeigt, daß auch nach längerem Betriebseinsatz bei Beaufschlagungen mit Druckmitteldrücken bis zu 650 bar die Sitzflächen und insbesondere die Keramikkugeln keinerlei Beschädigungen aufwiesen. Die unerwartet günstigen Ergebnisse sind vor; allem auf die Bauweise des neuen Steuerventils zurück- ; zuführen, bei dem die als Kugeln ausgebildeten Dicht- i elemente bei der Bewegung in die Dichtstellung eine ; reine Andrückbewegung und keine gegenseitige Gleitbe- j wegung wie bei einem Schieberventil ausführen. j

Andere zweckmäßige Weiterbildungen des Steuerventils sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Steuerventils und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Druckmittelkreises zur Steuerung eines Arbeitszylinders.

·■·· It

• · ·. ■

- 9

Das Gehäuse 1 des Steuerventils hat die Gestalt eines rechteckigen Blockes mit rechteckigem Querschnitt, der in der Längserstreckung zwei parallele Bohrungen 2,3 aufweist, die die Ventilinnenteile aufnehmen. An dem in bezug auf die zeichnerische Darstellung linken Stirnende ist ein kastenartiges Endstück 4 befestigt, welches zugleich als Widerlager für die vom anderen Ende eingesetzten Ventilinnenteile dient. Die in des beiden Bohrungen 2, 3 enthaltenen Ventilinnenteile stimmen in ihrer Gestaltung völlig überein und haben auch die gleiche Funktion. In der weiteren Beschreibung sind deshalb die übereinstimmenden Bauteile nur jeweils mit einer Bezugszahl gekennzeichnet.

An dem von der Kappe 4 abgewandten Ende sind die Bohrungen 2,3 Jeweils durch ein Einschraubstück 5 abgeschlossen, die am rückwärtigen Ende ein Außengewinde aufweisen und nach innen in eine vorne offene Führungshülse 6 übergehen. Im Innern der Führungshülse 6 sitzt ein axial bewegbarer Kolben 7» der an seinem rüekwärtigen Ende an einer Schraubendruckfeder 8 anliegt, die zwischen Kolben 7 und Boden der Hülse 6 eingespannt ist. An der Stirnseite enthält der Kolben 7 eine Sackbohrung 9, deren äußere Kante die Anlage für eine als Dichtelement dienende Kugel 10 aus Keramik bildet.

An die Führungshülse 6 achließt sieh ein zylindrisches Zwischenstück 11 mit einer Axialbohrung 12 an. Die ■ Zwischenstücke begrenzen jeweils einen Eingangsraum 13, die gemeinsam mit einer nichtdargestellten öffnung im Ventilgehäuse 1 für den Anschluß der Druckmittelzufuhrleitung in Verbindung stehen. Über Kanäle 14 gelangt das Druckmittel in das Innere der Führungshülse 6 auf | beiden Seiten des Kolbens 7· Das auf der Kolbenrückseite anstehende Druckmittel beaufschlagt somit den Kolben entsprechend der Flächendifferenz im Schließsinne. j

■ · t It «tllll

• · » ■ · t I

• •■1 I · t I I t III »III

■ ι ι ι ι ι ι · · ι ·

- 10

Die Sitzfläche für die als Dichtelement dienende Keramikkugel 10 befindet sich an der äußeren Kante der Axialbohrung 12. Jede der Axialbohrungen 12 der Zwischenstücke 11 steht mit einem zugehörigen Druckmittelraum 15 bzw. 16 in Verbindung, von denen jeder mit einer nichtdargestellten öffnung im Ventilgehäuse 1 für den Anschluß je einer Zylinderleitung verbunden ist.

Anschließend an die Zwischenstücke 11 ist in den Bohrungen 2, 3 je ein zylindrisches Abstandsstück 17 angeordnet. Die Abstandsstücke 17 haben eine abgestufte Axialbohrung mit einem dem Zwischenstück 11 zugewandten, im Durchmesser größeren Abschnitt 18, in dem je eine zweite Keramikkugel 19 formschlüssig in axialer Eichtung begrenzt bewegbar geführt ist. Die zu beiden Stirnseiten eines Zwischenstückes 11 befindlichen Kugeln 10, 19 sind durch ein Distanzröhrchen 20 in einem solchen axialen Abstand gehalten, daß nur jeweils eine der beiden Kugeln 10 bzw. I9 mit den an den En^.en der Axialbohrung 12 befindlichen Sitzflächen in Berührung steht. In der Zeichnung ist die Kugel I9 von der zugehörigen Sitzfläche abgehoben.

Die von den Axialbohrungen 18 gebildeten Bäume stehen über Kanäle 21 mit Entlastungsräumen 22 in Verbindung, die in eine gemeinsame, nichtdargestellte öffnung im Ventilgehäuse 1 für den Anschluß einer Ablaufleitung münden.

Den inneren Abschluß in den Bohrungen 2, 3 bilden zylindrische Endstücke 23 mit einer abgestuften Axialbohrung, wobei der Abschnitt 2A- mit dem größeren Durchmesser an der Seite des Abstandsstückes I7 liQg'i und hier an die in diesem befindliche .Axialbohrung mit gleichem Durchmesser anschließt. In diesen beiden

* t it · ·

I Il Il 1 * * ·

- 11 -

Bohrungsabschnitten ist ein Kolben 25 mit einem aus dem Endstück 23 austretenden Stößel 26 gelagert. Die freien Enden der Stößel 26 stehen mit je einem Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels 27 in Druckberührung, der an einem Zapfen 28 schwenkbar gelagert ist und in einen Handsteuerhebel 29 übergeht. Dargestellt ist in der Zeichnung die Null-Stellung des Handsteuerhebels 29. In dieser Stellung stehen die axial aufeinanderfolgenden Teile wie Stößel 26, Kolben 25, Kugel 19, Distanzröhrchen 20, Kugel 10 und Kolben 7 in Berührungsschluß.

Zur Erleichterung der Betätigung des Steuerventils sind die Kolben 25, die einen kleinere^ Durchmesser als die Kolben 7 haben, auf ihrer Rückseite -vom Druckmittel beaufschlagt. Zu diesem Zweck sind die Bäume auf der Kolbenrückseite über Kanäle 30 mit dem Eingangsraum 13 verbunden. Bei anstehendem Druckmittel üben somit die Kolber 25 auf die Kugeln 19 einen Druck im Schließsinne aus. Die Schließlage können sie jedoch nicht einnehmen, da sie durch die Distanzröhrchen 20 in ihrer Offenstellung gehalten sind. Diese im Schließsinne wirkende Kraft wird über die Distanzröhrchen 20 jeweils auf die Kugeln 10 übertragen. Deren Dichtfunktion wird jedoch nicht beeinträchtigt, da die in Gegenrichtung wirkende Schließkraft größer ist.

Die gegenseitige Abdichtung der unterschiedlichen Druckmittelräume innerhalb der Bohrungen 2, 3 wird in bekannter Weise durch O-Dichtringe 3^, teilweise in Verbindung mit Stützringen 32 bewirkt, die in umlaufende Hüten dieser Teile angeordnet sind. Die gegenseitige axiale Verspannung der aneinanderliegenden zylindrischen innenteile wird durch die Einschraubstücke 5 bewirkt.

Pur die nachstehende Erläuterung der Funktionsweise

·· ·· cf i ι ι t ( (

■ · · t I t l| (

• · · I I I 1 I ,,J

• · · f ' » c t ι / /

• t « I C '. ( t I I 1 I j/ f -J

- 12

des Steuerventils sei angenommen, daß das Ventil zur direkten Steuerung eines Arbeitszylinders gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Druckmittelkreis eingesetzt ist.

In der dargestellten Ruhestellung des Steuerventils sind die an die Druckmittelräume des Zylinders angeschlossenen Zylinderleitungen mit der zum Tank j führenden Ablaufleitung T verbunden. Die von der Druck-j

mittelpumpe kommende Leitung P steht mit den Eingangsräumen 13 in Verbindung. In den beiden Eingangsräumen 13 nehmen die als Dichtelement dienenden Keramikkugeln 10 die Schließstellung ein; die Zufuhrleitung ist somit abgesperrt.

Wird nun der Handsteuerhebel 29 nach der einen oder anderen Seite eingeschwenkt, so wird eine der beiden Keramikkugeln 10 vom Sitz abgehoben und dadurch der Durchfluß zu der entsprechenden Zylinderleitung, die unabhängig voneinander an die Säume 15 und 16 angeschlossen sind, freigegeben. Wird entsprechend der Darstellung in Fig. 1 der Handsteuerhebel 29 nach oben eingeschwenkt, wird der Durchfluß zum Druckmittelraum 15 freigegeben. Wenn an diesen die Zylinderleitung ange-j schlossen ist, die zum kopfseitigen Druckmittelraum führt, wird die Kolbenstange ausgefahren.

In dieser Schwenkstellung des Handsteuerhebels 29 wird die Keramikkugel 19 gegen die zugehörige Sitzfläche der Axialbohrung 12 gedrückt und damit ein Austreten des Druckmittels an dieser Stelle verhindert. Nicht beeinflußt werden bei dieser Stellung des Handsteuerhebels 29 die Keramikkugeln 10 und 19 in der Bohrung 3. Dies bedeutet, daß der Druckmittelraum 16 weiterhin mit dem Entlastungsraum 22 und damit mit der zum Tank führenden Ablaufleitung T verbunden bleibt.

• · ff ·

> I It

- 13 -

Das im stangenseitigen Druckmittelraum befindliche .Druckmittel kann somit ungehindert abfließen.

In der anderen Schwenkstellung des Handsteuerhebels wird der stangenseitige Druckmittelraum des Arbeitszylinders beaufschlagt und der kopfseitige Druckmittelraum entlastet. Wird der ausgeschwenkte Handsteuerhebel losgelassen, so kehrt er selbsttätig unter der Einwirkung der auf den betreffenden Kolben 7 einwirken den Schließkräfte, die sich aus der Federkraft und Druckmittelkräften zusammensetzen, in die Ruhelage zurück (Totmannschaltung). Ebensogut kann eine Arretierung vorgesehen sein, die das Festhalten des Handsteuerhebels in der Schwenkstellung bewirkt.

Claims (1)

1. Steuerventil für Hydraulikzylinder, insbesondere an Grubenausbaueinrichtungen

   Schutzans

   ρ r ü

   ehe

   1. Steuerventil mit Handbetätigung zur Steuerung hydrau lischer Arbeitszylinder, insbesondere an Ausbaueinrichtungen in Grubenbetrieben, mit einem Ventilgehäuse, welches öffnungen zum Anschluß einer Druckmittelzufuhrleitung, einer Rücklaufleitung und von zwei zum Arbeitszylinder führenden Leitungen aufweist, die an die Druckmittelräume auf der Kopf- und Stangenseite des Zylinders angeschlosser sind, wobei in der Ruhestellung des Steuer ventils die Zuführleitung gesperrt und die Zylinderleitungen mit der Ablaufleitung verbunden sind und in den beiden wahlweise einstellbaren Arbeitsstellungen die Zuführleitung jeweils mit einer Zylinderleitung und die andere Zylinderleitung mit der Ablaufleitung verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   das Ventilgehäuse (1) enthält zwei parallele Bohrungen (2, 3) mit je einem Satz unterein&uder gleicher Ventiiinnenteile, die an dem vom Betätigungshebel (29) abgewandten Eade mit je einem Einschraubstück (5) druckdicht abgeschlossen sind,

   die Einschraubstücke (5) bilden den Abschluß je eines Eingaagsraumes (13), die mit der Offing für den Anschluß der Druckmittelzufuhrleitung in Verbindung stehen, und sind zugleich Widerlager für je eine Schließfeder, die am anderen Ende an je einem ersten Kugelverschlußstück (10) anliegen,

   ■ β
   ■

   den inneren Abschluß der Eingangsräume (13) in den Bohrungen (2, 3) "bildet je ein unbewegliches Zwischenstück (11) mit einer axialen Bohrung (12), deren Enden Ventilsitze bilden, wobei die den Ein-5 gangsräumen benachbarten Ventilsitze mit den ersten Kugelverschlußstücken (10) zusammenwirken,

   - die axialen Bohrungen (12) sind mit je einem Druck-

   j mittelraum (15 bzw. 16) verbunden, die mi; je einer

   ; öffnung im Ventilgehäuse (1) für den Anschluß je

   j 10 einer Zylinderleitung in Verbindung stehen,

   j - in den axialen Bohrungen (12) verläuft je ein kon-

   ; zentrisches Distanzstück (20), durch welches jeweils

   das erste Kugelverschlußstück (10) und je ein

   j zweites Kugelverschlußstück (19) in einem solchen

   : 15 axialen Abstand gehalten sind, daß das zweite

   Kugelverschlußstück (19) den zugehörigen Ventilsitz

   j nicht berührt, wenn das erste Kugelverschlußstück

   j (10) die Schließstellung einnimmt und umgekehrt,

   ; - die zweiten Kugel Verschluß stücke (19) dieaen zum.

   20 Sperren je eines Entlastungsraumes (22), die mit

   i einer gemeinsamen öffnung im Ventilgehäuse für den

   J Anschluß der Ablaufleitung in Verbindung stehen und

   ! durch je ein zylindrisches Abstandsstück (17) mit

   ι einer darin befindlichen axialen Bohrung (18) ab- j

   ! 25 geschlossen sind, wobei in den Bohrungen je ein

   : Kolben (25) mit Stößel (26) axial bewegbar geführt

   j ist, die jeweils an ihrem inneren Ende am zweiten '

   j Kugelverschlußstück (19) und ar ihrem äußeren Ende

   ; an je einem Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels !

   30 (27) anliegen, der in einen Handsteuerhebel (29) j übergeht. j

   • · · ι

   I - 3 -

   . 2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die Einschraubstücke (5) in eine vorne offene ; Pührungshülee (6) übergehen und daß in den Führungsj hülsen (6) je ein Kolben (7) gelagert ist, die am I 5 vorderen Ende jeweils an einer das Verschlußstück bildenden Kugel (10) und am hinteren Ende an einer zwischen¹ Kolben (7) und Boden der Führungshülse (6) eingespannten Schraubendruckfeder (8) abliegen.

   3. Steuerventil nach Anspruch 1 uud 2, dadurch gekenn-I 10 zeichnet, daß die Räume auf der Rückseite der Kolben j (7) mit den Eingangsräumen (13) verbunden sind.

   4. Steuerventil nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch j gekennzeichnet, daß die Kolben (7) am vorderen Ende ; eine Sackbohrung (9) mit kleinerem Durchmesser als der

   15 Kugeldurchmesser aufweisen und daß der Rand der Sack-I bohrungen (9) die Abstützung für die Kugeln (10) bildet

   '■■ 5· Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kugelverschluß-

   ' stücke ebenfalls aus je einer Kugel (19) bestehen, die 20 jeweils in der Axialbohrung (18) des Abstandsstückes (17) formschlüssig geführt sind.

   6. Steuerventil nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (10 u. 19) aus Keramik I bestehen.

   25 7- Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke (20) aus einem Röhrchen mit kleinerem Durchmesser als der Kugeldurchmesser bestehen.

   ; 8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7» da- ■■ 30 durch gekennzeichnet, daß die Kolben (25) einen : kleineren Durchmesser als die Kolben (7) in den Füh-

   — M- -.

   rungshülsen (6) haben und am äußeren Ende in den Stößel C26) übergehen, die Jeweils in axialen Bohrungen in den Endstücken (23) geführt sind, und daß die Räume auf der Rückseite der Kolben (25) über Kanäle (30) mit dem Eingangsraum (13) verbunden sind.

   9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Wandungen der Innenteile der Bohrungen, d.h. im Einschraubstück (5), im Zwischenstück (11), im Abstandsstück (17) und in Endstück (23), umlaufende Nuten und in diesen O-Dientringe (31) enthalten sind.

   10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschraubstücke (5) der axialen Verspannung der in jeder Bohrung axial aneinanderliegenden Innenteile dienen.