WÜLFING, Gerhard (Elsternweg 15, Velbert, 42555, DE)
| 1. Steuereinrichtung einer Ausbaueinheit im Streb eines Bergwerks zur Betätigung der hydraulischen Kraftgeber im Sinne des Raubens, Schreitens, Setzens mit einer Vielzahl von Hauptventilen zur Verbindung der Kraftgeber der Ausbaueinheit mit einer Hauptdruckleitung und einer Hauptrückfaufleitung, mit Vorsteuerventilen , welche jeweils einem Hauptventil zur Verstellung zugeordnet und über eine allen Vorsteuerventilen gemeinsame Vorsteuerdruckleitung mit der Hauptdruckteitung und über eine den Hauptventilen und den Vorsteuerventilen gemeinsame Rücklaufleitung mit der Hauptrücktaufleitung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerdruckleitung (13) absperrbar und die Rücklaufleitung (9) zur Hauptrücklaufteitung (5) hin sperrbar und mit einer Messeinrichtung (20) zur Messung von austretender Hydraulikflüssigkeit verbindbar ist. 2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (9) zur Hauptrücklaufleitung (5) hin dadurch sperrbar ist, dass die Verbindung der Hauptrückiaufleitung (5) zu der Rücklaufleitung (9) durch ein Rückschlagventil (21) verschlossen ist, welches mit der Durchflußrichtung von der Rücklaufleitung (9) zur Hauptrücklaufleitung (5) durch die Federkraft der Rückschlagfeder (24) des Rückschlagventils (21) gegen den Druck der Rücklaufleitung (9) geschlossen ist wobei die Federkraft der Rückschlagfeder (24) derart eingestellt ist, dass das Rückschlagventil (21 ) die Veibindung von der Rücklaufleitung (9) zur Hauptrückiaufleitung (5) erst freigibt, wenn der Druck in der Rücklaufleitung (9) einen festgesetzten Grenzdruck überschreitet, wobei der Grenzdruck höher festgesetzt ist als der Druck zum Betrieb des Messgeräts. 3. Einrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet dass vor dem Rückschlagventil (21) ein Abzweig (19) für den Leckageabfluß zu dem Meßeinrichtung (20) angeordnet ist, welcher für den Durchfluß zwischen Rücklaufleitung (9) zur Hauptrücklaufleitung (5) ständig geöffnet und für den Leckageabfluß zu dem Meßeinrichtung (20) vorzugsweise verschließbar ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) ein Durchflußmengenmesser ist, dass der Durchflußmengenmesser in einem Bypass (26) der Rücklaufleitung (9) mit Verbindung zur Hauptrücklaufleitung (5) angeordnet ist dass die Verbindung der Hauptrücklaufleitung (5) zu dem Bypass (26) durch ein Rückschlagventil (20) verschlossen ist, welches mit der Durchflußrichtung von dem Bypass (26) zur Hauptrücklaufleitung (5) durch die Federkraft der Rückschlagfeder (25) des Rückschlagventils (20) gegen den Druck in dem Bypass (26) geschlossen ist, wobei die Federkraft der Rückschlagfeder (25) derart eingestellt ist, dass das Rückschlagventil (20) die Verbindung von dem Bypass (26) zur Hauptrücklautleitung (5) freigibt, wenn der Druck in dem Bypass (26) kleiner oder gleich dem Druck zum Betrieb des Messgeräts, insbesondere dessen erforderlichem Ausgangsdruck ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bypass ein Strömungswiderstand, Drossel oder Blende (23) angeordnet ist 6. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet dass die Messeinrichtung (20) ein volumetrischer Durchflußmengenmesser ist, weicher zumindest eine Messkammer mit starren oder vorzugsweise beweglichen Messkammerwänden zum Messen der in einer Zeiteinheit angefallenen Leckagemenge aufweist, insbesondere Zahnradpaarung oder Ovalradzähler. 7. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (20) ein hydrodynamischer Durchflußmengenmesser mit Druckmessgerät zur Messung des Druckabfalls an einer Engstelle ist, insbesondere Meßblende, insbesondere Schwebekörper-Durchflussmesser. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Anspruch 1 in einen Ventilblock integriert sind, dass die Vorsteuerdruckteitung (13) ein auswechselbares Filter (17) aufweist, welches durch ein Absperrelement ersetzbar ist, und dass an die Rücklaufleitung (9) ein Messgefäß (20) anschließbar ist. 8. Verfahren zum Betrieb der Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Vorsteuerdruckleitung (13) abgesperrt und die Leckage mit einem ersten Messwert gemessen und die Vorsteuerdruckleitung (13) geöffnet und die Leckage mit einem zweiten Messwert gemessen wird, wobei der erste Messwert die Leckage der Hauptventile (6) und die Differenz des ersten und des zweiten Messwertes die Leckage der Vorsteuerventile (7) angibt |
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung einer Ausbaueinheit im Streb eines Bergwerks nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
Eine derartige Steuerung ist allgemein bekannt.
Dabei besteht das Problem, dass sowohl die Hauptventile als auch die
Vorsteuerventiie einer inneren Leckage insbesondere bei den auftretenden hohen Drücken von 450 bar unterworfen sein können. Wegen der hohen Energien der Leckageströme führen diese zur Beschädigung und Funktionsuntüchtigkeit der Hauptventile und/ oder Vorsteuerventile, dazu auch zum Absinken hydraulisch abgestützter Lasten.
Man versucht daher, Leckagen frühzeitig zu erkennen, was jedoch schwierig ist im Falle innerer Leckagen zwischen Hauptdruck bzw. Hauptrücklaufleitung und Rücklaufdruck bzw. Rücklaufleitung. Versuche, derartige Leckagen durch
Schallmessung zu ermitteln, sind bisher gescheitert, da zulässige Geräusche und insbesondere Strömungsgeräusche von unzulässigen Strömungsgeräuschen nicht zu trennen sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Leckagen jederzeit und mit geringem apparativem Aufwand sowie Arbeitsaufwand jederzeit und auch an bestehenden und in Betrieb befindlichen Anlagen erkennen zu können.
Die Lösung nach Anspruch 1 geht von der Erkenntnis aus, dass die
Vorsteuerventiie und Hauptventile zwar von einer gemeinsamen
Hauptdruckleitung aus mit dem Hauptdruck des Strebs druckbeaufschlagt sind, gleichwohl aber durch die angegebenen apparativen Maßnahmen nach Anspruch 1 bzw.4 sowie die Verfahrensschritte nach Anspruch 8 eine für Hauptventile und Vorsteuerventile differenzierte Leckageermittlung möglich ist.
Die Art der Messeinrichtung zur Messung von austretender Hydraulikflüssigkeit ist weitgehend freigestellt. Von Bedeutung ist für die Auswahl, dass die vorkommenden Drücke von 300bar und mehr ertragen werden können, aber auch bei sehr geringem Druck und Durchfluß eine zumindest qualitative Messung möglich sein sollte.
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 und 3 erlaubt die automatische Leckagemessung, ohne dass ein weiterer Schaltschritt notwendig wird, sobald Vorsteuer- und Hauptsteuerventile einen Betriebszustand haben, bei welchem die Verbindung zum Rücklauf gesperrt ist. Dazu wird die Rückschlagfeder des
Rückschlagventils so eingestellt, dass sich eine Korrelierung der Drücke ergibt, welche einerseits zum Betrieb des Messgeräts und andererseits in der
Rücklaufleitung zum Öffnen des Rückschlagventils und zur Verbindung von der Rücklaufleitung (9) zur Hauptrücklaufleitung (5) erforderlich sind.
Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 befindet sich vor dem standardmäßig vorhandenen Rückschlagventil ein Abzweig für den Leckageabfluß zu dem
Meßeinrichtung. Während die Rücklaufleitung zu der Hauptrücklaufleitung durch das Rückschlagventil automatisch druckabhängig geöffnet bzw. geschlossen wird, kann für den Leckageabfluß zu dem Meßeinrichtung (20) ein Verschluß
vorgesehen sein, um den betrieblichen Besonderheiten des Messgeräts Rechnung tragen zu können.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 hat den Vorteil, dass das Messgerät bei allen Betriebszuständen der Steuerung in Betrieb bleibt. Das Ausgangssignal der
Meßeinrichtung wird ständig erfasst, jedoch nur in den Betriebszuständen als Leckagemessung ausgewertet, bei denen die Rücklaufieitung durch die Vorsteuerund Hauptsteuerventile nicht angesteuert und daher drucklos geschaltet wird und daher durch das Rückschlagventil geschlossen sein sollte. Dadurch wird eine ständige Fortschreibung der Leckagemessung möglich. Man kann erkennen, ob die Leckage in unerwarteter Weise zunimmt, was auf einen Defekt schließen lässt, oder ob die Leckage einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, was die Wartung und Reparatur der Anlage erforderlich macht.
Die Automatisierung erfolgt dadurch, dass die Verbindung der Hauptrücklaufleitung zu dem Bypass durch ein Rückschlagventil verschlossen ist, welches mit der Durchflußrichtung von dem Bypass zur Hauptrücklaufleitung (5) durch eine
Rückschlagfeder geschlossen ist, welche wesentlich schwächer als die
Rückschlagfeder des Rückschlagventils in der Rücklaufleitung ist. Dadurch wird erreicht, dass der Bypass zur Hauptrücklaufleitung auch bei kleinen Drücken geöffnet ist, bei denen die Rücklauflettung zur Hauptrücklaufleitung und zum Tank noch gesperrt ist.
Dadurch dass der Durchflußmengenmesser in einem Bypass der Rücklauflettung (9) mit Verbindung zur Hauptrücklaufleitung (5) angeordnet ist muß er sehr große Durchflußmengen ertragen können, bzw. vor großen und insbesondere stoßweisen Durchflußmengen wirksam geschützt werden, andererseits aber von kleinen und kleinsten Durchflußmengen automatisch und mit ausreichender Genauigkeit bei Stillstand der Anlage angesprochen werden. Diesem Schutz dient die Weiterbildung nach Anspruch 5.
Durchflußmengenmesser sind in vielen Bauarten und einer Vielzahl von
Wirkprinzipien auf dem Markt. Die Ansprüche 6 und 7 geben die wesentlichen Wirkprinzipien wieder. Statische , d.h.volumetrische Durchflußmengenmesser eignen sich auch für die Erfassung kleinster Leckagemengen. Hydrodynamische Durchflußmengenmesser mit Druckmessgerät erfordern eine
Strömungsgeschwindigkeit, sind andererseits aber robust und auch bei
Druckstößen nicht anfällig.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert. Gezeigt sind in Fig.1, Fig.lA und Fig.2 Steuereinrichtungen einer Ausbaueinheit im Streb eines Bergwerks zur Betätigung der hydraulischen Kraftgeber 1 (gezeigt ist eine Zylinder/Kolbeneinheit) im Sinne des Raubens, Schreitens, Selzens der
Ausbaueinheit, auch Ausbauschild genannt Die nachfolgende Beschreibung gilt für alle Ausführungsbeispiele, sofern nicht auf eines der Ausführungsbeispiele ausdrücklich hingewiesen wird.
Jeder Kraftgeber kann durch die Leitungen 2 und 3 mit der Hauptdruckleitung 4 und der Hauptrücklaufleitung 5 verbunden werden. Hauptdruckleitung und
Hauptrücklaufleitung führen durch den ganzen Streb; d.h. sämtliche
Ausbaueinheiten sind mit ihnen in der gezeigten Weise verbunden. Jedem
Kraftgeber ist eine Hauptventil 6 zugeordnet, welches die Verbindung der Leitungen 2 und 3 mit der Hauptdruckleitung und der Hauptrücklaufleitung steuert. Dazu sind sämtliche Hauptventile 6 mit der Hauptdruckleitung 4 über Druckleitung 8 und mit der Hauptrücklaufleitung 5 über Rücklaufleitung 9 verbunden. Die Hauptventile 6 sind zur Betätigung durch Vorsteuerventile 7 hydraulisch vorgesteuert. Dazu werden die Vorsteuerventile von der elektronischen
Eingabeeinrichtung 10 durch nicht gezeigte Magnete so betätigt, dass die
Hauptventile über hydraulische Steuerlertungen 11 ,12 in dem einen oder anderen Sinne betätigt werden. Die Vorsteuerventile sind dazu ebenfalls mit der
Hauptdruckleitung 4 und mit der Hauptrücklaufleitung 5 verbunden, und zwar, mit der Hauptdruckleitung 4 über den Leitungszug aus Druckleitung 8 und
Vorsteuerdruckleitung 13 und mit der Hauptrucklaufleitung 5 über den Leitungszug aus Rücklaufleitung 9 und Vorsteuerrücklaufleitung 14. Durch die Vorsteuerventile wird in den Leitungen 11 und 12 der zum Verstellen und Halten der Hauptventile erforderliche Druck eingestellt.
Das Hydrauliksystem ist weiterhin mit Rückschlagventilen und Filtern versehen, die hier nicht alle beschrieben werden müssen.
In die allen Vorsteuerventilen gemeinsame Vorsteuerdruckleitung 13 ist ein Filter 17 eingebaut. Dieses Filter kann ausgetauscht werden durch eine Sperre, die hier zusätzlich dargestellt ist als absperrbares Sperrventil 18.
Zu Fig.1 :
In der allen Ventilen, d.h. Hauptventilen und Vorsteuerventilen gemeinsamen Rücklaufleitung 9 ist ein Abzweigventil 19 eingebaut, durch welches die Verbindung zur Hauptrücklaufleitung 5 gesperrt und die Rücklauflertung mit einem
Meßeinrichtung 20 verbunden werden kann.
Die Sperrung der Rücklauflertung kann aber auch allein durch das Rückschlagventil 21 geschehen, das in jedem Falle vorhanden sein muß, um zu verhindern, dass Druck, der sich in der Hauptrücklaufleitung aufbauen kann, in die Rücklaufleitung 9 gelangt. Dieses Rückschlagventil 21 ist durch eine RückschJagfeder 24
vorgespannt, z.B. mit einer Federkraft entsprechend 2bar. Das Abzweigventil 19 ist ersetzt durch ein T-Stück 22 in der Rücklaufleitung 9 mit dem Abzweig zum
Leckageabfluß zu dem Meßeinrichtung 20 zur Leckagemessung.
Dies ist in der Detaildarstellung nach Fig.1A ersichtlich. Da dieser Leckageabfluß drucklos ist, reicht die Schließkraft der Rückschlagfeder 24 im Rückschlagventil 21 aus zum Verschließen der Verbindung zwischen Rücklaufleitung 9 und Hauptrücklaufleitung 5. Die Leckage kann also nicht in die Hauptrücktaufleitung 5 zurückfließen sondern gelangt zwangsläufig in das Meßeinrichtung 20. In dem Abzweig kann ein Sperrventil 27 vorgesehen werden, um die Leckagemessung außer Betrieb zu setzen.
Das Messgerät kann z.B. ein Messgefäß sein, mit welchem die in einer Zeiteinheit anfallende Leckagemenge der Hydraulikflüssigkeit aufgefangen und gemessen werden kann.
Sämtliche hier gezeigten Ventile und Leitungen einschließlich Filter,
Rückschlagventile u. dergl. eines Ausbauschildes oder einer Gruppe von
Kraftgebern des Ausbauschildes sind bevorzugt in einem Stahlblock untergebracht und angelegt. Dies verhindert bisher die Feststellung von Leckagen im Inneren eines solchen Stahlblocks, da der Stahlblock sowohl mit der Hauptdruckleitung - Druck (z,B.) 450bar- als auch mit der Hauptrücklaufleitung -Druck (z.B.) 30bar- verbunden ist und die Leckageströme daher nicht nach außen austreten.
Mit der zusätzlichen Ausrüstung nach dieser Erfindung lässt sich jedoch ermitteln, ob innere Leckagen unzulässigen Ausmaßes vorhanden sind und ob und in welcher Höhe diese Leckagen den Vorsteuerventilen oder den Hauptventilen zuzuordnen sind.
Dazu wird zunächst die Vorsteuerdruckleitung 13 abgesperrt durch Betätigen des Sperrventils 18 oder Austausch des Filters 17 durch ein (nicht gezeigtes)
Sperrelement. Sodann wird auch das Abzweigventil 19 umgestellt, so dass die Verbindung der Rücklaufleitung 9 zur Hauptrücklaufleitung 5 gesperrt und statt dessen die Verbindung zu dem Meßeinrichtung 20 hergestellt wird. Die Leckage in einer vorgegebenen Zeiteinheit ergibt einen ersten Messwert. Nunmehr wird die Vorsteuerdruckleitung wieder geöffnet und die Leckage in der gleichen Zeiteinheit noch einmal mit einem zweiten Messwert gemessen. Der erste Messwert stellt nun die Leckage allein der Hauptventile dar, der zweite Messwert die innere Leckage des Gesamtsystems und die Differenz des ersten und des zweiten Messwertes die Leckage nur der Vorsteuerventile. Wenn einer dieser Messwerte bzw. die Differenz eine vorgegebene Grenze übersteigt, wird die Anlage bis zur Behebung der
Leckage durch Austausch der betroffenen Ventilelemente stillgesetzt. Zu Fig.2:
In der allen Ventilen, d.h. Hauptventilen und Vorsteuerventilen gemeinsamen Rücklaufleitung 9 ist ein T-förmiger Abzweig19 eingebaut, an welchen ein Bypass 27 mit Verbindung zur Hauptrückiauffeitung 5 angeschlossen ist Bypass 27 umgeht das Rückschlagventil 21. In den Bypass ist als Meßeinrichtung 20 ein
Durchflußmengenmesser eingeschaltet sowie ein zweites Rückschlagventil 25. Dieses Rückschlagventil 25 hat dieselbe Durchflußrichtung wie das
Rückschlagventil 21 und verhindert, dass Druck, der sich in der
Hauptrücklaufleitung aufbauen kann, in den Bypass 27 gelangt. Dieses
Rückschiagventil 25 ist jedoch durch die Rückschlagfeder 26 wesentlich schwächer, z.B. weniger als 1bar vorgespannt ist, als das Rückschlagventil 21 mit der
Rückschlagfeder 24 z.B. entsprechend 2bar. Dem Durchflußmengenmesser ist als Strömungswiderstand 23 eine Drossel vorgeschaltet. Dadurch kann die
Durchflußmenge des Bypass sowie der Druck vor dem Durchflußmengenmesser auf das Maß beschränkt werden, das für den Durchflußmengenmesser zulässig und als Mengenverlust für die Vorsteuerung erträglich ist. Anstelle der Drossel oder zusätzlich kann der Bypass 27 auch mit einem Sperrventil 28 ausgerüstet sein, das nur für die Leckagemessung geöffnet wird -siehe hierzu Fig.1A.
Auch mit der Ausrüstung nach Fig.2 lässt sich nicht nur ermitteln, ob innere
Leckagen unzulässigen Ausmaßes vorhanden sind, sondern auch ob und in welcher Höhe diese Leckagen den Vorsteuerventilen oder den Hauptventilen zuzuordnen sind. Zu bemerken ist, dass das Ausgangssignal des
Durchflußmengenmessers 20 als elektronisches Signal von der Steuereinrichtung 10 über eine nicht dargestellte Leitung dauernd erfasst wird. Die Steuereinrichtung erfasst aber auch den Betriebszustand der Vorsteuer- und Hauptsteuerventile. Die Steuereinrichtung kann daher erfassen, ob ein Betriebszustand der Vorsteuer- und Hauptsteuerventile angesteuert ist, bei welchem die Rücklaufleitung keinen
Rückfluß zum Tank haben sollte. Das bei diesen Betriebszuständen einkommende Ausgangssignal des Durchflußmengenmessers 20 kann die Steuereinrichtung nun als Leckagesignal auswerten. Dabei kann die Vorsteuerdruckleitung 13 durch Betätigen des Sperrventils 18 (oder Austausch des Filters 17 durch ein (nicht gezeigtes) Sperrefement) abgesperrt werden. Die Vorsteuerventile werden also nicht Druck beaufschlagt und befinden sich in ihrer Ruheposition. Die
Rücklaufleitung 9 kann allein Leckagestrom der Hauptsteuerventile führen. Dieser Leckagestrom erzeugt nur einen geringen Druck, der nicht ausreicht, das
Rückschlagventil 21 gegen die Federkraft 24 zu öffnen, wohl aber ausreicht, das Rückschlagventil 25 im Bypass 27 gegen die Federkraft 26 zu öffnen. Die
Verbindung der Rücklaufleitung 9 zur Hauptrucklaufleitung 5 wird also über das Messgerät/ Durchflußmengenmesser 20 hergestellt. Die Leckage der
Hauptsteuerventile kann so in einer vorgegebenen Zeiteinheit ermittelt werden. Das Sperrventil 18 der Vorsteuerdruckleitung kann auch geöffnet werden. Die dann in der gleichen Zeiteinheit anfallende Leckagemenge entstammt dem Gesamtsystem der Vorsteuer- und Hauptsteuerventile. Die Differenz des ersten und des zweiten Messwertes stellt die Leckage nur der Vorsteuerventile dar. Wenn einer dieser Messwerte bzw. die Differenz eine vorgegebene Grenze übersteigt, wird die Gesamtanlage durch die Steuereinrichtung 10 zur Behebung der Leckage z.B. durch Austausch der betroffenen Ventilelemente stillgesetzt.
Bezugszeichen hydraulischen Kraftgeber 1 Zylinder/Kolbeneinheit
Leitungen 2
Leitungen 3
Hauptdruckleitung 4
Hauptrücklaufleitung 5
Hauptventil 6
Vorsteuerventile 7
Druckleitung 8
Rücklaufleitung 9
elektronische Steuereinrichtung, Eingabeeinrichtung 10 hydraulische Steuerleitungen 11
hydraulische Steuerleitungen 12
Vorsteuerdruckleitung 13
Filter 17
absperrbares Sperrventil 18
Abzweigventil 19, Abzweig (19)
Messgefäß Messgerät Durchflußmengenmesser 20
Rückschlagventil 21
T-Stück 22
Drossel 23
Rückschlagfeder 24
Rückschlagventil 25
Rückschlagfeder 26
Bypass 27
Sperrventil 28
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