DE3429851C2 - Prüfvorrichtung zum Ermitteln des Öffnungs- und Schließdruckes eines Ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Ermitteln des Öffnungs- und Schließdruckes eines Ventils mit einem Druckübersetzer mit einem Zylindergehäuse für einen Kolben und, im Querschnitt davon abgestuft, einem Verdich­ tungskolbengehäuse für einen Verdichtungskolben, einer ge­ schlossenen Kolbensteuerhydraulik zur gesteuerten Verdichtungs- und Rückbewegung des Kolbens im Zylindergehäuse durch dessen wechselseitige Beaufschlagung mit einem Hydraulikmedium, mit einem Versorgungsbehälter, einer Pumpe und einem Regel­ ventil und einer Druckmittelleitung, über die dem Druck­ übersetzer ein Druckmedium für das zu prüfende Ventil zur Verdichtung zugeführt und das hochgespannte Druckmedium vom Verdichterkolbengehäuse zum Ventil geleitet wird.

Eine derartige Prüfvorrichtung ist aus der CH 6 16 235 A5 bekannt.

Solche Prüfvorrichtungen werden beispielsweise benötigt, um die Druckbegrenzungsventile des Ausbaus zu überprüfen und einzustellen, die im untertägigen Berbau zum Abstützen im Streb und in den Strecken zum Einsatz kommen. Da die Druckbegrenzungsventile sowohl für die Sicherheit von Menschen wie von Material von sehr großer Wichtigkeit sind, ist eine genaue Arbeit der Prüfvorrichtung von großer Bedeutung. Aus diesem Grund haben die Bergaufsichtsbehörden die Ausbildung derartiger Prüfvorrichtungen sogar in ihre Vorschriften aufgenommen.

Bekannt ist es, den Meßstand unabhängig von einer An­ triebstation aufzustellen, wobei dem Meßstand ein Prüfventil­ anschlußhalter zugeordnet ist. Das abgespritzte Medium, vor­ zugsweise eine Öl-in-Wasser-Emulsion, wird aufgefangen und abgeleitet. Die Antriebstation besteht im wesentlichen aus dem Druckübersetzer, bei dem die Kolbenstange die Verdichtung der Öl-in-Wasser-Emulsion übernimmt; um den Kolben und damit auch die Kolbenstange jeweils in ihre Ausgangsposition zurück­ zubringen, muß die Öl-in-Wasser-Emulsion nach Abschluß des Verdichtungstaktes als hochgespanntes Medium in das Verdich­ tungskolbengehäuse eingedrückt werden. Der Aufwand sowohl für die Meßtechnik wie die Regelung als auch für die beiden unter­ schiedlichen Medien Öl-in-Wasser-Emulsion und Drucköl ist sehr groß, ganz davon abgesehen, daß die am Prüfventil abge­ spritzte Emulsion und ihre Abführung eine Umweltbelastung darstellt. Die Prüfvorrichtung nach der eingangs genannten CH 6 16 235 A5 ist für Brennstoffeinspritzventile vorgesehen. Der benötigte Brennstoff wird zur Erzeugung des nötigen Überdruckes in eine Kammer geleitet, die beidseitig von Rückschlagventilen abgesichert ist und in die ein Kolben eingeschoben wird, bis der Brennstoff den nötigen Druck erreicht hat und das zweite Rückschlagventil dann öffnet, um den Brennstoff zum Ventil zu führen. Hier wird der Brennstoff abgespritzt, also nicht in irgendeiner Form zurückgewonnen. Zum Verschieben des Kolbens ist dieser im Zylindergehäuse verschiebbar, wobei die zugeordnete Zylinderplatte in beide Richtungen beaufschlagbar ist. Sowohl beim Hin- als auch beim Herschieben des Kolbens wird der gleiche Druck aufgebracht, wobei beim Zurückziehen automatisch eine Saugwirkung entsteht, so daß über das erste Rückschlagventil Benzin wieder in die Kammer einströmen kann. Nachteilig bei dieser Prüfvor­ richtung ist, daß zum Betrieb eine ganze Anzahl von Ventilen, Regelventilen, Rückschlagventilen und Druckregelventilen sowie Gesamtregelventilen benötigt werden, so daß ein sehr aufwendiger Aufbau und eine aufwendige Schaltung erforderlich sind. Nachteilig ist weiter, daß beim Vor- und Rückwärtsbewegen des Kolbens aus der Kammer dies mit mehr oder weniger der gleichen Geschwindigkeit erfolgt, so daß, abgesehen davon, daß nicht immer ein gleichmäßiges Ausstoßen des Brennstoffes ge­ währleistet ist, auch ein ungleichmäßiger Bewegungsablauf wegen der Hochdruck- und Niederdruckseite nicht zu vermeiden ist. Auch ist die Menge des eingesaugten Brennstoffes in die Druckkammer schwer und nur mit großem Aufwand zu regulieren, weil die Füllung der Kammer immer mit Druck erfolgt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine umweltfreundlich zu betreibende Prüfvorrichtung für Druck­ begrenzungsventile zu schaffen, die bei geringem Regelaufwand vollständig gleichmäßig und genau arbeitet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Druckmittelleitung Teil eines geschlossenen Druckmediumkreislaufes ist, daß das Druckmedium Wasser oder eine Öl-in-Wasser- Emulsion ist, daß ein Schnellentleerungsventil ein Schnellentleerungs-Bypass zwischen Schnellentleerungsventil und Versorgungsbehälter sowie vergrößerte Leitungsquerschnitte in entsprechenden Leitungsabschnitten vorgesehen sind, die einen schnellen Abfluß des Hydraulikmediums aus dem Zylinder­ gehäuse bei der Rückbewegung des Kolbens gewährleisten und daß die zur Rückbewegung des Kolbens beaufschlagte Kolbenfläche gegenüber der bei der Verdichtungsbewegung beaufschlagten Kolbenfläche klein ist.

Mit Hilfe einer derartigen Prüfvorrichtung, d. h. einem derartigen Druckübersetzer ist zunächst eine umweltfreundliche Lösung geschaffen, da das über das zu prüfende Ventil fließende Medium, also Wasser oder die Öl-in-Wasser-Emulsion, aufgefangen und im geschlossenen Kreislauf immer wieder zum Einsatz gebracht wird. Dies ist möglich, weil das Verdich­ tungskolbengehäuse nur während des Verdichtungsvorganges druckmäßig belastet ist, so daß es beim Rückziehen des Kolbens und des Verdichtungskolbens druckfrei ist. Aufgrund dessen kann das zurücklaufende Wasser oder die Emulsion drucklos zur Wiederbefüllung des Druckübersetzers zurückfließen. Durch die zwei geschlossenen Kreisläufe ist ein sehr sauberes und genaues Arbeiten möglich, wobei die notwendigen Regelventile wesentlich vereinfacht ausgeführt werden können. Es ist praktisch nur noch nötig, ein 4/2-Wegeventil vorzusehen, um das Zurückfahren des Kolbens durch Änderung der Fließrichtung zu gewährleisten, wobei durch die Ausbildung unterschiedlicher Kolbenflächen ein gleichmäßiges Bewegen des Kolbens zusätzlich sichergestellt ist. Außerdem wird durch die Einbeziehung des Schnellentleerungsventils sichergestellt, daß der entsprechende Arbeitstakt das Zurückziehen des Kolbens schnell, störungsfrei und gleichzeitig erfolgen kann. Der Entlastungstakt kann somit in kurzer Zeit ablaufen, so daß der Druckübersetzer kurzfristig wieder für einen neuen Arbeitstakt zur Verfügung steht. Außerdem wird durch das Schnellentleerungsventil und die entsprechende Ausbildung der zugeordneten Leitungen beim Zurückschieben des Kolbens auf dieser Seite der vorhandene Druck so schnell abgebaut, daß dann praktisch ein druckloses Zurückschieben erfolgt. Insgesamt ist somit ein gleichmäßiges und sehr genau arbeitendes System geschaffen, das sich insbesondere für die Prüfung der Druckbegrenzungsventile eignet, die im Bergbau eingesetzt sind, aber auch für andere entsprechende Ventile.

Um das erwähnte Flächenverhältnis am Kolben zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kolben des Druckübersetzers als Rohrkolben ausgebildet ist, wobei beidseitig des Anschlusses der Kolbensteuerhydraulik Dichtungen vorgesehen sind. Die zur Rückbewegung beaufschlagte kleinere Kolbenfläche kann damit sehr klein gehalten werden und ist durch die beiden Dichtungen begrenzt, so daß für das Zurückfahren des Kolbens nur eine geringe Menge an Drucköl benötigt wird.

Zum Schonen der Einrichtung, insbesondere des Druckübersetzers, ist es von Vorteil, wenn am Übergang vom Zylindergehäuse zum Verdichtungskolbengehäuse ein mechanisch betätigbarer Endschalter mit Schaltverbindung zum Regelventil angeordnet ist. Rechtzeitig vor dem Aufsetzen des Kolbens auf den Rand des Verdichtungskolbengehäuses wird die Kolbenbewegung damit abge­ stoppt und das Rückfahren des Kolbens in seine Ausgangsstellung eingeleitet. Vorteilhaft ist dabei weiter, daß Schläge auf das System verhindert und ein gleichmäßiger und druckfreier Betrieb gegeben ist.

Um die Öl-in-Wasser-Emulsion oder das Wasser druckfrei in das Verdichtungskolbengehäuse zurückführen zu können, an­ dererseits aber die notwendige Dichtung beim Verdichtungsvorgang zu erreichen, ist nach einer weiteren Ausbildung in das Verdichtungskolbengehäuse ein vom Verdichtungskolben über­ fahrbar angeordneter Dicht-O-Ring eingesetzt. Dabei wird eine Verletzung dieses Dicht-O-Ringes durch den Verdichtungskolben vermieden, indem der Verdichtungskolben abgerundete Kanten aufweist. Ein den Dicht-O-Ring schonendes Einführen des Ver­ dichtungskolbens und ein Langzeitbetrieb ist damit gesichert.

Die Druckmittelleitung ist über einen wasserseitigen Anschluß an das Zylindergehäuse und über einen Druckwasseranschluß an das Verdichtungskolbengehäuse angeschlossen. Um einerseits ein druckloses Einlaufen des Wassers oder der Emulsion in das Verdichtungskolbengehäuse zu ermöglichen und andererseits das vom Kolben selbst im Zylindergehäuse verdrängte Wasser druckfrei und damit praktisch belastungsfrei abführen zu können, ist der wasserseitige Anschluß am Zylindergehäuse näher am Verdichtungskolben­ gehäuse liegend vorgesehen als die Dichtungen beidseitig des Anschlusses der Kolbensteuerhydraulik. Das Wasser oder die Öl-in- Wasser-Emulsion wird damit beim Vorfahren des als Rohrzylinder ausgebildeten Kolbens verdrängt und durch den wasserseitigen Anschluß in eine Auffangwanne mit dem Prüfventilanschlußhalter zurückgeführt. Nach Abschluß dieses Verdichtungsvorganges und dem Rückführen des Kolbens in das Zylindergehäuse wird dann automatisch das Wasser oder die Emulsion aus der Auffangwanne und über den wasserseitigen Anschluß in das Zy­ lindergehäuse zurückgeführt, so daß immer beim später anlaufenden Verdichtungsvorgang ausreichend hochzuspannendes Medium zur Verfügung steht.

Verunreinigungen aus dem Wasserkreislauf werden wirksam abgeschieden, da zwischen der Auffangwanne mit dem Prüfventil­ anschlußhalter und dem wasserseitigen Anschluß ein Siebfilter angeordnet ist. Dieses Siebfilter ist dabei so geschaltet, daß das Wasser oder die Öl-in-Wasser-Emulsion auch während des Verdich­ tungstaktes dieses Sieb durchströmen kann, ohne daß dadurch eine Belastung des Systems eintritt. Vielmehr wird durch das Durchströmen des Siebfilters in beide Richtungen dafür Sorge getragen, daß es immer leicht durchgängig ist und nicht ge­ säubert werden muß.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine von Dritteinrichtungen völlig unabhängige Prüfvor­ richtung geschaffen ist, die wirksam und ohne Umweltbelastung Druckbegrenzungsventile unterschiedlicher Bauart prüfen kann, wobei ein gleichmäßiger und schneller Betrieb sichergestellt ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungs­ gegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Ein­ zelteilen dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Prüf­ vorrichtung und

Fig. 2 den Druckübersetzer im Teilausschnitt.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Prüfvorrichtung 1 weist den Prüfventilanschlußhalter 2 mit dem hier nicht dar­ gestellten Ventil sowie den Druckübersetzer 8 und das Regel­ ventil 31 auf.

Der Prüfventilanschlußhalter 2, dem ein Manometer 3 zur Feinmessung beigeordnet ist, steht in einer Auffangwanne 4, die über die Druckmittelleitung 13 mit zwischengeschaltetem Siebfilter 5 mit dem Druckübersetzer 8 in Verbindung steht. Die Druckmittelleitung 13 ist druckseitig am Druckwasseranschluß 15 und druckfrei am wasserseitigen Anschluß 14 mit dem Inneren des Druckübersetzers 8 verbunden.

Der Druckübersetzer 8 besteht aus dem Zylindergehäuse 9 und dem Verdichtungskolbengehäuse 10, die aneinander ge­ schlossen sind, so daß die miteinander verbundenen Kolben 11 und Verdichtungskolben 12 jeweils gleichmäßig innerhalb der beiden Gehäuse 9, 10 hin- und hergefahren werden können. Der Verdichtungskolben 12 wird dabei so weit aus dem Verdich­ tungskolbengehäuse 10 herausgezogen, daß er mit seiner abge­ rundeten Kante 17 den Dicht-O-Ring 16 überfährt. Hierdurch ist sichergestellt, daß das durch den wasserseitigen Anschluß 14 drucklos heranfließende Wasser bei entsprechender Stellung des Verdichtungskolbens 12 in das Verdichtungskolbengehäuse 10 einlaufen kann. Wird der Verdichtungskolben 12 dann zusammen mit dem Kolben 11 in Richtung Verdichtungskolbengehäuse 10 vorgeschoben, so wird das im Zylindergehäuse 9 anstehende Wasser über den wasserseitigen Anschluß 14 in die Auffangwanne 4 zurückgedrückt. Nach Überfahren des Dicht-O-Rings 16 durch den Verdichtungskolben 12 wird das im restlichen Ver­ dichtungskolbengehäuse 10 anstehende Wasser hochgespannt und bei Erreichen entsprechender Werte über den Druckwasseranschluß 15 und die Druckmittelleitung 13 zum Prüfventil­ anschlußhalter 2 geführt, um dort für die Prüfung des hier nicht dargestellten Druckbegrenzungsventils verwendet zu werden.

Der Kolben 11 ist, wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, als Rohrkolben ausgebildet, so daß die Kolbenfläche 38 zur Rückbewegung an der Wandung des Kolbens 11 ausgebildet werden kann. Diese Kolbenfläche 38 ist gegenüber der Kolbenfläche 39 zur Verdichtungsbewegung gering, wie an Hand der Fig. 2 verdeutlicht wird. Zum Rückbewegen des Kolbens 11 wird über den Anschluß 28 Hydraulikmedium zugeführt, vorzugsweise Öl, das gegen die kleine Kolbenfläche 38 drückt und den Kolben 11 zurückschiebt. Um diesen Bereich abzudichten, sind die beidseitig des Anschlusses 28 Dichtungen 19, 20 vorgesehen.

Am unteren Ende des Zylindergehäuses 9 und damit am Übergang zwischen Zylindergehäuse 9 und Verdichtungskolbengehäuse 10 ist ein mechanischer Endschalter 22 angeordnet, der schaltungsmäßig mit dem weiter hinten noch erläuterten Regelventil 31 verbunden ist. Dieser Endschalter 22 weist einen Stößel 23 auf, der beim Herunterfahren des als Rohrkolben ausgebildeten Kolbens 11 durch die endseitige Schräge gegen die Kraft der Feder 24 verschoben wird. Hierdurch wird der Kolben 25 aus dem Gehäuse des Endschalters 22 herausgefahren und zum Schalten des Regelventils 31 benutzt. Die Abschrägung am unteren Ende des Kolbens 11 ist mit 26 bezeichnet.

Zum Hochspannen des in der Druckmittelleitung 13 geführten Wassers oder der Öl-in-Wasser-Emulsion ist dem Druckübersetzer 8 ein in den Hydraulikkreislauf 27 einbezogener Antrieb zugeordnet. Über diesen Antrieb wird das Hydraulikmedium, vorzugsweise Öl, entweder zum Anschluß 28 oder zum Füllanschluß 29 durch das Regelventil 31 ge­ steuert geführt. Auf dem Weg zum Füllanschluß 29 muß es dabei das Schnellentleerungsventil 30 passieren, über das bei umge­ kehrter Schaltstellung dann dafür Sorge getragen ist, daß das mit Öl angefüllte obere Zylindergehäuseteil schnell entleert wird. Hierzu weisen die an den aus Pumpe 32 und Motor 33 be­ stehenden Anschluß angeschlossenen Verbindungsleitungen 36, 36′ einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser auf, während die Leitungen 35, 35′ zwischen Schnellentleerungsventil 30 und Versorgungsbehälter 34 einen großen Querschnitt aufweisen. Dadurch können in kurzer Zeit große Mengen Öl abgeführt werden, während beim Druckvorgang nur die benötigten geringen Mengen durch die geringer bemessenen Verbindungsleitungen herangeführt werden.

Bei der Verdichtungsbewegung des Kolbens 11 und des Verdichtungs­ kolbens 12 wird über die Pumpe 32 mit Motor 33 Drucköl aus dem Versorgungsbehälter 34 entnommen und über das Regelventil 31, das Schnellentleerungsventil 30, die Verbindungsleitungen 36 und die Leitung 35′ so in das Zylindergehäuse 9 hineingedrückt, daß der Kolben 11 und damit auch der Verdichtungskolben 12 in Richtung Verdich­ tungskolbengehäuse 10 verdrängt wird. Durch die Bewegung des Kolbens 11 und des Verdichtungskolbens 12 wird nun zunächst aus dem nicht mit Hydraulikmedium beaufschlagten Teil des Zylindergehäuses 9 Wasser oder Öl- in-Wasser-Emulsion über den wasserseitigen Anschluß 14 verdrängt und in die Auffangwanne 4 zurückgedrückt. Nach Überfahren des Dicht-O-Ringes 16 wird das hier drucklos anstehende Wasser dann hochgespannt und bei Überschreiten eines bestimmten Wertes aus dem Druckwasseranschluß 15 und der Druck­ mittelleitung 13 dem Prüfventilanschlußhalter 2 und damit dem zu überprüfenden Ventil zugeführt. Spricht dieses Ventil an, so wird eine entsprechende Menge Wasser oder Öl-in-Wasser- Emulsion abgespritzt und in der Auffangwanne 4 aufgefangen und gespeichert. Nach Abschluß des Prüfvorganges wird der Kolben 11 und der Verdichtungskolben 12 entlastet und durch Umschalten des Regelventils 31 (Schalten der Pumpe 32 auf die Verbindungsleitungen 36′ und den Anschluß 28) in Richtung Deckel des Druckübersetzers 8, also in Richtung Füllanschluß 29, zurückgefahren. Das bislang im druckbeaufschlagten Teil des Zylindergehäuses 9 angestaute Hydraulikmedium wird nun über die Leitung 35′ in den Versorgungs­ behälter 34 zurückgedrückt, um dann anschließend von der Pumpe 32 für den nächsten Takt wieder angesaugt zu werden. Gleichzeitig kann aus der Auffangwanne 4 Wasser oder Öl-in-Wasser- Emulsion über den wasserseitigen Anschluß 14 in das Zylinder­ gehäuse 9 hineinlaufen.

Fig. 2 zeigt im vergrößerten Ausschnitt den Bereich des Druckübersetzers mit den Kolbenflächen 38, 39 sowie im unteren Bereich mit dem Endschalter 22.

Claims (9)

1. Prüfvorrichtung zum Ermitteln des Öffnungs- und Schließdruckes eines Ventils mit

• - einem Druckübersetzer mit einem Zylindergehäuse für einen Kolben und, im Querschnitt davon abgestuft, einem Verdichtungskolbengehäuse für einen Verdichtungskolben,
• - einer geschlossenen Kolbensteuerhydraulik zur gesteuerten Verdichtungs- und Rückbewegung des Kolbens im Zylindergehäuse durch dessen wechselseitige Beaufschlagung mit einem Hydraulikmedium, mit einem Versorgungsbehälter, einer Pumpe und einem Regelventil und
• - einer Druckmittelleitung, über die dem Druckübersetzer ein Druckmedium für das zu prüfende Ventil zur Verdichtung zugeführt und das hoch­ gespannte Druckmedium vom Verdichterkolbengehäuse zum Ventil geleitet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelleitung (13) Teil eines geschlossenen Druckmediumkreislaufes ist, daß das Druckmedium Wasser oder eine Öl-in-Wasser-Emulsion ist, daß ein Schnellentleerungsventil (30) und ein Schnellentleerungs-Bypass (35) zwischen Schnellentleerungsventil (30) und Versorgungsbehälter (34) sowie vergrößerte Leitungsquerschnitte in entsprechenden Leitungs­ abschnitten (35, 35′) vorgesehen sind, die einen schnellen Abfluß des Hydraulikmediums aus dem Zylindergehäuse (9) bei der Rückbewegung des Kolbens (11) gewährleisten und daß die zur Rückbewegung des Kolbens beaufschlagte Kolbenfläche (38) gegenüber der bei der Verdichtungsbewegung beaufschlagten Kolbenfläche (39) klein ist.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) des Druckübersetzers (8) als Rohrkolben ausgebildet ist, wobei beidseitig des Anschlusses (28) der Kolbensteuerhydraulik Dichtungen (19, 20) vorgesehen sind.

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang vom Zylindergehäuse (9) zum Verdichtungskolben­ gehäuse (10) ein mechanisch zu betätigender Endschalter (22) mit Schaltverbindung zum Regelventil (31) angeordnet ist.

4. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das Verdichtungskolbengehäuse (10) ein vom Verdich­ tungskolben (12) überfahrbar angeordneter Dicht-O-Ring (16) eingesetzt ist.

5. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungskolben (12) abgerundete Kanten (17) auf­ weist.

6. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelleitung (13) über einen wasserseitigen Anschluß (14) an das Zylindergehäuse (9) und einen Druck­ wasseranschluß (15) an das Verdichtungskolbengehäuse (10) angeschlossen ist.

7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserseitige Anschluß (14) am Zylindergehäuse (9) näher am Verdichtungskolbengehäuse (10) liegt als die Dichtungen (19, 20) beidseitig des Anschlusses (28) der Kolbensteuerhydraulik.

8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Auffangwanne (4) für das Druckmedium, in der ein Prüfventilanschlußhalter (2) steht, und dem wasserseitigen Anschluß (14) ein Siebfilter (5) angeordnet ist.