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Selbsthaltendes Steuerventil
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Die Erfindung betrifft ein selbsthaltendes Steuerventil, mit einem
eine Druckmittelzuleitung, eine Arbeitsleitung und ggf. eine Druckmittelableitung
aufweisenden Ventilgehäuse, mit einem in dem Ventilgehäuse vorgesehenen, zwischen
der Druckmittelzuleitung und der Arbeitsleitung wirksamen Hauptventil mit einem
Hauptventilsitz und einem Hauptventilkörper, ggf. mit einem in dem Ventilgehäuse
vorgesehenen,
zwischen der Arbeitsleitung und der Druckmittelableitung wirksamen Hilfsventil mit
einem Hilfsventilsitz und einem Hilfsventilkörper und mit einer Betätigungseinrichtung
für den Hauptventilkörper und ggf. den HilLsventilkörper, wobei die ctätigungseinrichtung
einen auf den Hauptventilkörper und ggf. auf den Hilfsventilkörper wirkenden Betätigungsstößel
und eine Arretiervorrichtung für den Betätigungsstößel aufweist, in einer Schaltstellung
des Betätigungsstoßels die Druckmittelzuleitung geschlossen und in einer zweiten
Schaltstellung geöffnet ist und der Betätigungsstößel in einer der Schaltstellungen
über die Arretiervorrichtung arretierbar ist.
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Selbsthaltende Steuerventile derin Rede stehenden Art werden beispielsweise
irn untertägigen Bergbau an Fördermtteln verwendet, und zwar u. a. im Zusammenhang
mit druckmittelbetätigten Klappen, Schleusen, Toren od. dgl.. Bei dem bekannten
selbsthaltenden Steuerventil, von dem die Erfindung ausgeht (vgl. die DE-AS 2) 26
0d5)> weist die Betätigungseinrichtung eine Betätigungswippe auf, an deren einem
Ende ein magnetischer Nordpol und an deren anderem Ende ein magnetischer Südpol
angeordnet sind, ist einem Ende der Betätigungswippe ein ferromagnetischer Körper
zugeordnet, der die Betätigungswippe in einer Betätigungsstellung festhält, und
ist die Betätigungswippe durch das Magnetfeld eines äußeren Schaltrnagneten betätigbar.
JiJer die J3etätigungswippe ihrerseits ist der Betätigungsstößel aus einer ersten
SchaltstellurE, in der die Arbeitsleitung mit der Druckmittelableitung verbunden
ist und die Druckmittelzuleitung geschlossen ist, in eine zweite Schaltstellung,
in der die Druckmittelzuleitung mit der Arbeitsleitung verbunden und die Druckmittelableitung
geschlossen ist, bringbar und in dieser zweiten Schaltstellung arretierbar. Als
äußerer Schaltmagnet
kommt bei diesem selbsthaltenden Steuerventil
entweder ein Permagnentmagnet in Frage, der sich an dem Steuerventil vorbeibewegt
oder an dem sich das Steuerventil vorbeibewegt, oder ein Elektromagnet, der nach
Bedarf ein- oder ausgeschaltet wird. Nur die letztgenannte Ausführung des bekannten
selbsthaltenden Steuerventils mit einem Elektromagneten als Schaltmagnet einet sich
für eine Fernsteuerung.
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Das bekannte, zuvor erläuterte selbsthaltende Steuerventil hat sich
im Prinzip gut bewährt. Crleichwohl ist es vergleichsweise aufwendig, da die Betätigungseinrichtung
eine Magnetknstruktion erfordert, die an sich schon relativ aufwendig ist und im
übrigen eine spezielle Materialauswahl für das Steuerventil notwendig macht.
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Insbesondere eine Fernsteuerung des bekannten selbsthaltenden Steu
ventils ist mit erheblichem Aufwand verbunden, da sie nur mit Hilfe eines Elektromagneten
erfolgen kann. Derartige blektromagnete müssen aber unter Berücksichtigung der Sicherheitsanforderungen
im untertägigen Bergbau schlagwetterges chützt sein, was konstruktiv und wirtschaftlich
aufwendig ist.
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In übrigen stehen an fast allen Einsatzorten im untertägigen Bergbau
hydraulische und/oder pneumatische Druckmittel zur Verfügung, die auch für Steuerungszwecke
eingesetzt; werden können. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein seibsthaltendes
Steuerventil anzugeben, das auf einrache Weise hydraulisch oder pneumatisch betätigbar
ist.
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Das erfindungsgemäße selbsthaltende Steuerventil, bei dem die zuvor
aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung
einen mit einer Steuerdrukle itung verbundenen Zylinder und einen in dem Zylinder
laufenden Steuerkolben
auSweist, daß der Steuerkolben einseitig
mit dem Druck in der Steuerdruckleitung beaufschlagbar und so aus einer Ruhestellung
in eine Arbeitsstellung verschiebbar ist und daß durch die Verschiebung des Steuerkolbens
der Betätigungsstößel aus seiner ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung
bringbar ist und in der zweiten Schaltstellung über die Arretiervorrichtung arretierbar
ist. In der erläuterten Konstruktion arbeitet das erfindungsgemäße selbsthaltende
Steuerventil nach dem Arbeitsstromprinzip, d. h. bei Druck in der Steuerdruckleitung
wird die Verbindung zwischen der Druckmittelzuleitung und der Arbeitsleitung geöffnet
und der Öffnungszustand auch bei anschließendem Druckabfall in der Steuerdruckleitung
aufrechterhalten. Selbstverständlich läßt sich das erfindungsgemäße selbsthaltende
Steuerventil auch nach dem Ruhestromprinzip betreiben, d. h. daß bei einem Druckabfall
in der Steuerdruckleitung die Verbindung zwischen der Druckmittelzuleitung und der
Arbeitsleitung geöffnet wird und der Öffnungszustand auch bei einem anschließenden
DruckanS;ieg in der Steuerdruckleitung beibehalten wird. In diesem Fall ist der
Betätigungsstößel dann aus seiner ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung
bringbar, wenn der Steuerkolben aus seiner Arbeitsstellung in seine Ruhestellung
verschoben wird. Da die Verschiebung des Steuerkolbens aus der Arbeitsstellung in
die Ruhestellung bei einem nach dem Ruhestromprinzip arbeitenden Steuerventil natürlich
nicht durch den Druck in der Steuerdruckleitung bewirkt werden kann, muß zumindest
für diesen Fall ein zusätzliches Federelement vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise
wird aber in jedem Fall ein solches den Steuerkolben entgegen dem Druck in der Steuerdruckleitung
belastendes Federelement vorgesehen sein, daß bei Druckabfall in der Steuerdruckleitung
den Steuerkolben automatisch in seine Ruhestellung zurückführt0
Im
einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgzemäße selbsthaltende
Steuerventil auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden erläutert werden
soll.
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Zunächst ist es zweckmäßig, wenn die Arretiervorrichtung einen um
einen Anlenkpunkt verschwenkbaren Betätigungshebel aufweist und der Betätigungsstößel
durch eine Verschwenkung des Betätigungshebels betätigbar ist. Diese indirekte Betätigung
des Betätigungsstößels hat den Vorteil, daß die auf den Betätigungshebel aufzubringende
Kraft je nach der Länge des Kraftarmes des Betätigungshebels in weiten Grenzen variiert
werden kann, was bei einer direkten Betätigung des Betätigungsstößels durch den
Steuerkolben nicht möglich wäre. Praktischerweise befindet sich der Anlenkpunkt
an einem Ende des Betätigungshebels, kommt der Betätigungsstößel an einem Punkt
nahe dem Anlenkpunkt am Betätigungshebel zur Anlage (kurzer Lastarm) und wird die
Verschiebung des Steuerkolbens an einem vom Anlenkpunkt weit entfernten Punkt am
Betätigungshebel (langer Kraftarm) wirksam.
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Der Steuerkolben kann ohne weiteres direkt auf den Betätigungshebel
wirken. Der Betätigungshebel könnte dabei beispielsweise in der Stellung, die der
zweiten Schaltstellung des Betätigungsstößels entspricht, über Rastelemente od.
dgl. arretierbar sein. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn die Arretiervorrichtung
eine durch ein Federelement belastete Schubstange aufweist und die Schubstange in
einer ersten Position entgegen der Kraft des Federelementes lösbar gehalten ist,
wenn ferner die Schubstange bei Auslösung vermittels der Kraft des Federelementes
in eine zweite Position verschiebbar ist und so durch die Schubstange der Betätigungshebel
verschwenkbar ist. Die Arretierung des Betätigungshebels in seiner zweiten Schaltstellung
ist also hier durch die Federbelastung der Schubstange
und damit
auch des Betätigungshebels in der zweiten Position gewährleistet.
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Für die lösbare Haltung der Schubstange in ihrer ersten Position gibt
es verschiedene Möglichkeiten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Haltung der
Schubstange in der ersten Position ein Haltehebel vorgesehen ist, die Schubstange
endseitig einen Halteflansch aufweist und der Haltehebel in seiner Haltestellung
über eine Haltenase den Halteflansch der Schubstange hinterfaßt. Bei einer Verschiebung
des Steuerkolbens wird die haltenase dann vom Halteflansch der Schubstange gelöst,
beispielsweise seitlich von dem Halteflansch weggedrückt und somit die Schubstange
freigegeben. Je nach dem, von welcher Seite her die Haltenase den Halteflansch hin
terfaßt, ist bei dem so ausgebildeten erfindungsgemäßen Steuerventil das Arbeitsstromprinzip
bzw. das Ruhestromprinzip besonders einfach verwirklichbar.
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Zweckmäßigerweise ist bei der letztgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
selbsthaltenden Steuerventils der Haltehebel um einen Anlenkpunkt schwenkbar gelagert
und durch eine Verschiebung des Steuerkolbens verschwenkbar. Zur Belastung des Hantehebels
in seiner Haltestellung ist im übrigen vorteilhafterweise ein Federelement vorgesehen.
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Die Übertragung der Verschiebung des Steuerkolbens auf den Haltehebel
und damit auch auf die Schubstange läßt sich dadurch verwirklichten, daß der Steuerkolben
mit einer Kolbenstange verbunden ist, die Kolbenstange eine ringförmige Aufweitung
aufweist und die Aufweitung bei einer Verschiebung des Steuerkolbens den Elaltehebel
mit nimmt. Der Haltehel wird dabei, je nach seiner Konstruktionl entweder von der
AurnTeieung an der Kolbenstange linear mitgenommenJ oder um seinen Anlenkpunkt verschwenkt.
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Unter Umständen ist es notwendi£', die Selbsthaltung des erfindungsgemaßen
Steuerventils wieder zu lösen. Dies ist ohne weiteres von Hand, nlich durch Rückführung
des Betätigungsstößels in seine erste Schaltstellung bzw. des Betätigungshebels
in seine der ersten Schaltstellung des Betätigungsstößels entsprechende Position
möglich. m eine Betätigung des Betätigungsstößels von Hand zu erleichtern, weist
der Betätigungshebel zweckmäßigerweise an seinem freien Ende eine Betätigungsfläche
oa. dgl. auf'. Weist die Betätigungseinrichtung kein den Steuerkolben ent gegen
der T.irkung des Druckes in der Steuerdruckleitung belastendes Federelement auf,
beispielsweise bei einer nach den Arbeitsstromprinzip arbeitenden Steuerventil,
so muß auch der Steuerkolben von Hand in seine Ruhe stellung rückführbar sein. Im
übrigen kann es, um unbefugte Betatigungen des Betätigungshebels zu verhindern,
zweckmäßig sein, den Betätigungshebel verschließbar anzuordnen und/oder auszubilden.
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M:tn kann schließlich auch zusätzlich zu der hydraulischen Steuerung
noch eine Handsteuerung verwirklichen, z.B. durch einen auf den Haltehebel wirkenden
Handhebel.
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Die mit dem erfindungsgemäßen selbsthaltenden Steuerventil erreichten
Vorteil sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß ein vergleic7.-weise einfach aufgebautes
Steuerventil verwirklicht worden ist, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar ist,
aaii darüber hinaus außerordentlich einfach von einer Funktion nach dem Arbeitskontakcprinzip
auf eine Funktion nach dem Ruhekontaktprinzip umgestellt werden kann bei dem schließlich
hinsichtlich der Materialauswahl Beschränkungen nicht existieren.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 im Schnitt
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen selbsthaltenden Steuerventils, das
nach dem Arbeitsstromprinzip als "Schließer" arbeitet, mit einem in Ruhestellung
befindlichen Steuerkolben, Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 mit einem in Arbeitsstellung
befindlichen Steuerkolben und Fig. 3 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
selbsthaltenden Steuerventils, das nach dem Ruhestromprinzip als "öffner" arbeitet,
mit einem in Ruhestellung befindlichen Steuerkolben.
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Das in den Figuren dargestellte selbsthaltendes Steuerventil 1 weist
zunächst ein eine Druckmittelzuleitung 2, eine Arbeitsleitung 7 und eine Drucknittelableitung
4 aufweisendes Ventilgehäuse 5 auf. In dem Ventilgehäuse 5 ist ein Hauptventil 6
vorgesehen, das zwischen der Lruckmittelzuleitung 2 und der Arbeitsleitung 5 wirksam
ist und einen Hauptventilsitz 7 sowie einen Hauptventilkörper 8 aufweist.
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Die Druckmittelzuleitung ist mit einer Hauptventilkammer 9 verbunden,
in der der Hauptventilkörper 8 angeordnet ist. Vermittels eines Federelementes lo
wird der Hauptventilkörper õ in Schließrichtung gegen den Hauptventilsitz 7 gedrückt.
Im übrigen ist in dem Ventilgehäuse 5 ein Hilfsventil 11 vorgesehen, das zwischen
der Arbeitsleitung 3 und der Druckmittelableitung 4 wirksam ist und einen Hilfsventilsitz
12 sowie einen Hilfsventilkörper 17 aufweist. Die Druckmittelableitung 4 ist mit
einer Hilfsventilkammer 14 verbunden, in der der Hiltsventilkörper 13 angeordnet
ist. Zwischen der Hauptventilkammer 9 und der Hilfsventilkammer 14 ist eine Arbeitskammer
15 vorgesehen, in der ein Übertragungsstößel 16 angeordnet ist. Der Übertragungsstößel
16 liegt einerseits an dem Hauptventilkörper 8, andererseits an dem Hilfsventilkörper
17 an. Zur Betätigung des Hauptventilkörpers 8 und des Hilfsventilkörpers l, ist
eine Betätigungseinrichtung 17 vorgesehen, die einen auf den Hauptventilkörper 8
und auf den Hilfsventilkörper l, wirkenden Betätigungsstößel 18 aufweist. Der Betätigungsstößel
18 wirkt entgegen der über den Übertragungsstößel
16 auf den Hilfsventilkörper
l) übertragenen Kraft des Federelementes 10 auf den Hilfsventilkörper l) und somit
auch, nämlich wiederum über den Ubertragungsstößel 16, auf den Hauptventilkörper
8. Die Betätigungselnrichtung 17 weist im übrigen eine Arretiervorrichtung 19 für
den Betätigungsstößel 18 auf.
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Der Betätigungsstößel 18 ist aus einer ersten Schaltstellung, in der
der Hilrsventilkörper 13 vom Hilfsventilsitz 12 abgehoben hat und der Hauptventilkörper
8 durch die Wirkung des Federelementes 10 gegen den Hauptventilsitz 7 gedrückt wird,
in der also die Arbeitsleitung 3 mit der Druckmittelableitung 4 verbunden ist, in
eine zweite Schaltstellung, in der der Hauptventilkörper 6 vom Hauptventilsitz 7
abgehoben hat und der Hilfsventilkörper 13 gegen den Hilfsventilsitz 12 gedrückt
wird, in der also die Druckmittelzuleitung 2 mit der Arbeitsleitung 3 verbunden
ist, bringbar. Der Hauptventilkörper 8 und der Hilisventilkörper 13 sind, wie sich
aus den Figuren ohne weiteres ergibt, als Ventilkugeln ausgeführt.
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Die Betätigungseinrichtung 17 weist weiterhin einen mit einer Steuerdruckleitung
20 verbundenen Zylinder 21 und einen in dem Zylinder 21 laufenden Steuerkolben 22
auf. Der Steuerkolben 22 ist einseitig mit dem Druck in der Steuerdruckleitung 20
beaufschlagbar und so aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung verschiebbar;
die Fig. 1 und 2 zeigen einmal die Ruhestellung und einmal die Arbeitsstellung des
Steuerkolbens 22. Durch die Verschiebung des Steuerkolbens 22 ist der Betätigungsstößel
18 aus seiner ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung bringbar. In
der ersten Schaltstellung ist der Betätigungsstößel 18 dann mittels der Arretiervorrichtung
19 arretierbar. Entgegen dem Druck in der Steudruckleitung 20 ist der Steuerkolben
22 von einem Federelement 27 belastet und so bei Druckabfall in der Steuerdruckleitung
20 automatisch in seine Ruhestellung zurückführbar.
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Die Arretiervorrichtung 19 weist zunächst einen um einen Anlenkpunkt
24 verschwenkbaren Betätigungshebel 25 auf. Der ßetätigungsstößel 13 kommt wie aus
den Figuren deutlich wird, an einem Punkt nahe dem Anlenkpunkt 2 des Betätigungshebels
25 an dem Betätigungshebel 25 zur Anlage und ist durch eine Verschwenkung des Betätigungshebels
25 betätigbar. Weiter weist die Arretiervorrichtung lg eine durch ein Federelement
26 belastete Schubstange 27 auf.
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Die Schubstange 2r ist in einer ersten Position entgegen der Kraft
des Federelementes 26 lösbar gehalten und bei Auslösung vermittels der Kraft des
Federelementes 26 in eine zweite Position verschiebbar. Dadurch ist der Betätigungshebel
25 einerseits verschwenkbar.
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Die Schubstange 27 kommt an einem weit vom Anlenkpunkt 24 des Betätlgungshebels
25 entfernten Punkt zur Anlage, wirkt also über einen gegenüber dem Lastar:n des
Betätigungshebels 25 langen Kraft arm. Die Schubstange 27 ist im übrigen in einer
Schubstangenführung 28 verschiebbar gelagert. Zur Haltung der Senubstange 27 in
der ersten Position ist ein Haltehebel 29 vorgesehen. Die Schubstange 27 weist endseitig
einen Halteflansch 30 auf, den der Haltehebel 29 in seiner Haltestellung über eine
Haltenase )1 hinterfaßt.
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Der Haltehebel 29 ist um einen Anlenkpunkt 2 schwenkbar gelagert und
durch eine Verschiebung des Steuerkolbens 22 verschwenkbar. Zur Belastung des Haltehebels
29 in seiner Haltestellung ist ein Federelement 3), hier als Blattfeder ausgeführt,
vorgesehen.
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Der Steuerkolben 22 ist mit einer Kolbenstange 34 verbunden, die eine
ringförmige Aufweitung 55 aufweist. Bei einer Verschiebung des Steuerkolbens 22
nimmt die Aufweitung 55 der Kolbenstange 34 den Haltehebel 29 mit, so daß dieser
aus seiner Haltestellung heraus verschwenkt wird.
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Die Kolbenstange 34 ist einerseits durch den Steuerkolben 22, andererseits
in einer Führung 36 längsverschiebbar gelagert. Die Führung zi6 ist Teil eines Federtopfes
37, in dem das Federelement 25 angeordnet ist. Die Kolbenstange 54 ist an ihrem
vom Steuerkolben 22 wegweisenden und in den Federtopf 37 hineinragenden Ende mit
einer Endplatte 3c; versehen, an der das Federelement 25 zur Anlage kommt Das Gegenlager
für das Federelement 23 wird von einer weiteren Endplatte 59 am anderen Ende des
Federtopfes 37 gebildet, d-Le über ein Einstellelement 40 in Längsrichtung des Federelementes
2 verstellbar ist.
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In den Figuren nur angedeutet ist, daß der Betätigungshebel 25 an
seinem freien Ende eine Betätigungsfläche 41 aufweist und verschließbar, nämlich
unter einem mit einem Schlo3 42 gesicherten Ventilgehäusedeckel 45 angeordnet ist.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen selbsthaltenden Steuerventils
1 soll anhand der Fig. 1 und 2 noch kurz erläutert werden: In der in Fig. 1 gezeigten
Ausgangsposition steht in der Steuerdruckleitung 19 ein nur geringer Druck an, der
nicht ausreicht, die Steuerkolben 22 entgegen der Kraft des Federelementes 23 zu
verschieben. Der Betätigungsstößel 18 befindet sich also in seiner ersten Schaltstellung,
in der die Druckmittelzuleitung 2 geschlos sen und die Arbeitsleitung; 7 mit der
Dr-'uckmittelableitung 4 verbun den ist. Steigt der Druck in der Steuerdruckleitung
lD an, so wiruu der Steuerkolben 22 entgegen der Kraft des Federelementes 25 aus
seiner Ruhestellung in seine Arbeitsstellung verschoben. Dabei ko@@ die Aufweitung
55 an der Kolbenstange 34 an dem Haltehebel 29 zur Anlage und verschwenkt diesen
um den Anlenkpunkt 32 entgegen der
Kraft des Federelementes . Die
Haltenase 3 ir wird' nach unten vom Halte flansch 30 weggeschwenkt, so daß die Schuestange
27 freLy;egeben wird. Unter der Kraft des Federelementes 26 wird die Schubstange
27 in ihre zweite Postition, nämlich bis zur Anlage des Halte flansches 30 an der
Schubstangenführung 2s verschoben. Gleichzeitig wird der Betätigungshebel 25 um
seinen Anlenkpunkt 24 verschwenkt und so der Betätigungsstößel 1j2 in seine zweite
Schaltstellung gebracht. In der zweiten Schaltstellung ist nun die Druckmittelzuleitung
2 mit der Arbeitsleitung 3 verbunden und die Druckmittelableitung 4 geschlossen.
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Bei einem Druckabfall in der Steuerdruckleitung 19 wird der Steuerkolben
22 vermittels der Kraft des Federelementes 23 in seine Ruhestellung zurückgeführt.
Da die Haltenase )1 des Haltehebels 29 nun aber den Halteflansch 30 der Schubstange
27 nicht mehr zu hinterfassen vermag, ändert sich nichts an der Schaltstellung des
Betätigungsstößels 18. Erst wenn der Ventilgehäusedeckel 4) geöffnet und der Betätigungshebel
25 entgegen der Kraft des Federelementes 26 zurückgeschwenkt wird, bis die Haltenase
31 des Haltehebels 29 den Halteflansch 30 der Schubstange 27 wieder hintergreifen
kann, vermag der Betätigungsstößel 18 unter der Kraft des Federelementes 10 wieder
in seine erste Schaltstellung zurückzukehren.
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Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen selbsthaltenden Steuerventils
1 gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten und
vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel nur dadurch, daß der Haltehebel 29 umgekehrt
eingesetzt ist, so daß die Haltenase 31 des Haltehebels 29 den Halteflansch 30 der
Schubstange 27 von oben her hinterfaßt. Dadurch wird der Haltehebel 29 bei einer
Rückkehr des Steuerkolbens 22 in seine Ruhestellung um den Anlenkpunkt 32 verschwenkt
und so die zuvor erläuterte Funktionsfolge ausgelöst. Dies hat zur Folge, daß das
Steuerventil 1 hier nach dem Ruhestromprinzip arbeitet.
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L e e r s e i t e