DE2612953C3 - Druckbegrenzungsventil für hydraulische Grubenstempel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für den hydraulischen Arbeitsdruck eines einem untertägigen Ausbaugestell zugeordneten Stempels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Bauart eines Druckbegrenzungsventils bildet der Zulaufkanal zentraler Bestandteil eines schaftartigen Ventilunterteils, der druck- und flüssigkeitsdicht in eine zum Druckraum eines Ausbautempels führende Gewindebohrung einschraubbar ist. Mit dem über den Außenumfang des Ausbaustempels vorstehender Abschnitt des Ventilschafts ist ein gehäuseartiger Ventiloberteil zwar lösbar, jedoch ebenfalls druck- und flüssigkeitsdicht verbunden. Das Ventilgehäuse besitzt im freien Endabschnitt einen zum Zulaufkanal des Ventilschafts koaxial liegenden Ablaufkanal. Im Innern des Ventilgehäuses ist ein hinsichtlich seiner Außenkontur weitgehend diaboloförmig ausgebildeter Absperrkörper aus einem federnd elastischen Werkstoff, wie z. B. synthetischer Kautschuk, festgelegt Die Festlegung erfolgt durch axiale und radiale Einspannung der beiden hohlzylindrischen Endabschnitte des Absperrkörpers. Dieser besitzt ferner eine zentrale Axialbohrung, die auf der einen Seite mit dem Zulaufkanal und auf der anderen Seite mit dem Ablaufkanal in Verbindung steht. Im mittleren Längenbereich durchsetzt der Absperrkörper einen im Durchmesser größeren Druckraum, in welchem der Absperrkörper von einer druckerhöhten Stickstoffatmosphäre umgeben ist, deren Druckhöhe auf den vorgesehenen Grenzdruck des Stempels abgestellt ist Dieser Grenzdruck von z. B. 500 bar wirkt allseitig auf den federnd elastischen Absperrkörper und verformt diesen so weit, daß die zentrale Axialbohrung vollkommen verschlossen wird. Auf diese Weise ist das hydraulische Arbeitsmedium im Stempel einwandfrei eingeschlossen Erst bei Erreichen des Grenzdrucks, welcher dem Druck der Stickstoffatmosphäre entspricht, überwindet das hydraulische Arbeitsmedium schlagartig den Ventil-ίο schließdruck und entspannt sich innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums durch die zentrale Axialbohrung und den sich daran anschließenden Ablaufkanal auf den Atmosphärendruck.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauart ist die reltaiv

is kurze Lebensdauer des Absperrkörpers. Ein Grund hierfür sind die Alterungserscheinungen des synthetischen Kautschuks aufgrund der inneren Walkbewegungen beim Entspannen des Arbeitsmediums und bei dem nachfolgenden Wiederschließen der zentralen Axial bohrung infolge des umfangsseitig auflastenden Gas drucks. Ein weiterer Grund ist die fortschreitende Aufrauhung der Oberfläche der zentralen Axialbohrung, beginnend in dem dem Zulaufkanal zugewendeten Mündungsbereich. Dieser Mündungsbereich bildet näm- Hch zugleich die Entspannungsstelle der in dem hydraulischen Arbeitsmedium gelösten Luft bei der schlagartigen Druckentspannung des Mediums auf den Atmosphäreadruck. Die dabei explodierenden Luftblasen zerstören die Oberfläche der zentralen Axialboh- rung und rauhen sie auf. Bei häufigen Entspannungsvorgängen, wie sie im untertägigen Betrieb durchweg zu beobachten sind, werden dann bei den nachfolgenden Explosionen auch die weiter in Richtung zur Atmosphäre liegenden Oberflächenbereiche der Axialbohrung zunehmend zerstört, so daß schon nach relativ kurzer Zeit die gesamte zentrale Axialbohrung erodiert, d. h. aufgerauht ist

Das Aufrauhen führt dann aber dazu, daß der Querschnitt der Axialbohrung größer wird. Um nun wieder den gewünschten Dichteffekt zu erreichen, wie er bei einwandfreier Oberfläche der Axialbohrung vorhanden ist, muß die Stickstoftatmosphäre den Absperrkörper stärker zusammendrücken. Dies hat aber zur Folge, daß der die Stickstoffatmosphäre enthaltende Druckraum umfangsseitig des Absperrkörpers zwangsläufig größer wird und sich damit der Gasdruck senkt Hierdurch verringert sich aber wiederum der öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils, so daß über einen längeren Zeitraum einfach kein exakter öffnungsdruck gehalten werden kann.

Zum Stand der Technik zählt ferner ein Druckbegrenzungsventil für den hydraulischen Arbeitsdruck (GB-PS 12 06 621) mit einem zapfenartigen Stützglied, das eine Axialbohrung in einem Absperrkörper in dessen Längsrichtung auf ganzer Länge durchsetzt Dieses Druckbegrenzungsventil hat jedoch mehrere negative Eigenschaften.

Erreicht das an der Axialbohrung dauernd anstehende hydraulische Arbeitsmedium den durch das im

ho zentralen Ringraum befindliche Gas einstellbaren Ventil-Grenzdruck von beispielsweise 500 bar, so überwindet dieser Druck den Ventil-Schließdruck und entspannt sich innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums durch den Ringraum zwischen der zentralen Bohrung

t>"> und dem Stützglied im Rahmen der Ausführungsform der Fig.5 bzw. im Falle der Ausführungsform der F i g. 6 über die Axialbohrungen und die Radialöffnungen auf den Atmosphärendruck. Der Absperrkörper

führt hierbei erhebliche innere Walkbewegungen beim Entspannen des Arbeitsmediums und bei dem nachfolgenden Wiederschließen unter Anlage am Stützglied infolge des umfangsseitig auflastenden Gasdrucks aus. Er altert dadurch frühzeitig und hat eine nur geringe Lebensdauer.

Nachteilig ist weiter die fortschreitende Aufrauhung der Oberfläche der zentralen Bohrung, beginnend in dem dem Zulaufkanal zugewendeten Längenabschnitt bzw. im Bereich der Radialöffnungen. Diese Bereiche, an die der Absperrkörper durch das Gas an das Stützglied herangedrückt wird, bilden nämlich die Entspannungsstellen der in dem hydraulischen Arbeitsmedium gelösten Luft L>ei der schlagartigen Druckentspannung des Mediums auf den Atmosphärendruck. Ein gleich wie gearteter Drosseleffekt kann nicht erzielt werden, da das Arbeitsmedium über die gesamte Länge des jeweils durch das Gas an das Stützglied angepreßten Längenbereichs des Absperrkörpers hindurchströmt

Die an den Entspannungsstellen explodierenden Luftblasen zerstören hier die Oberfläche der Axialbohrung und rauhen sie damit zwangsläufig auf. Wegen der gerade im unteitägigen Betrieb aber sehr häufig eintretenden Entspannungsvorgänge werden dann durch die hierbei ausgelösten nachfolgenden Explosionen auch die weiter in Richtung zur Atmosphäre liegenden Bereiche der Axialbohrungen zunehmend zerstört, so daß schon nach relativ kurzer Zeit die Axialbohrungen im gesamten Andruckbereich an die Stützglieder aufgerauht sind.

Die Aufrauhung der Oberflächen der Axialbohrungjn bewirkt dann aber zwangsläufig eine Vergrößerung des Querschnitts der Axialbohrungen. Um hierbei trotzdem wieder den Dichteffekt zu erreichen, wie er bei einwandfreien Oberflächen der Axialbohrungen vorhanden ist, müßte das Druckgas den Absperrkörper dann stärker zusammendrücken. Dies hätte jedoch zur Folge, daß der das Druckgas enthaltende zentrale Raum umfangsseitig des Absperrkörpers größer ausgebildet werden muß und sich damit automatisch der Gasdruck senkt, sofern nicht eine sofortige Nachregelung mit dem dazu erforderlichen Aufwand eingeleitet wird. Durch das Absinken des Gasdrucks verringert sich indessen wiederum der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils, der mithin über einen längeren Zeitraum nicht exakt eingehalten werden kann.

Ferner ist es durch die US-PS 29 08 290 und die FR-PS 13 45 970 bekannt, einen Körper aus Sintermaterial vor den membranartigen Abschlußorganen der Ventile anzuordnen. Diese Davoranordnung bedeutet aber, daß sich das Sintermaterial mit dem Arbeitsmedium dauernd in Kontakt befindet und demzufolge auch mit diesem Arbeitsmedium gefüllt ist Dieser Sachverhalt bedeutet indessen, daß schlagartige Druckbeanspruchungen, wie sie im untertägigen Bergbau bei den gattungsgemäßen Grubenstempeln gang und gäbe sind, über den mit dem Arbeitsmedium gefüllten Sinterkörper unmittelbar an das dahinterliegende Ventilabschlußorgan weitergeleitet werden.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzten Gattung zu schaffen, bei dem bei Überschreitung des Grenzdrucks ein schlagartiger Druckabbau mit der damit verbundenen Erosion durch explodierende Luftblasen verhindert wird und der Absperrkörper geringen inneren Walkbewegungen ausgesetzt ist, um auf diese Weise die Lebensdauer des Absperrkörpers zu erhöhen und über einen längeren Zeitraum hinweg die Einhaltung eines exakten Öffnungsdrucks zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Danach wird das Wesentliche der Erfindung in der Ausbildung des Stützglieds in bezug auf das nur im mittleren Längenbereich vorgesehene Sintermaterial gesehen. Erreicht der Druck des hydraulischen Arbeitsmediums beispielsweise durch erhöhte Gebirgsdruckbe- lastung den öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils, welcher dem Vorspanndruck der den Absperrkörper umgebenden Gasatmosphäre entspricht, so drängt sich die Druckflüssigkeit zunächst über einen kurzen Abschnitt zwischen dem Außenumfang des Stützglieds und der Oberfläche der Axialbohrung bis zum Sintermaterial hindurch und entspannt sich hier durch dieses Material allmählich gezielt bis auf den Atmosphärendruck. Es wird also im mittleren Längenbereich des Stützglieds infolge der flüssigkeitsdurchlässigen Eigenschaften des Sintermaterials ein Drosseleffekt hervorgerufen, der nicht nur den schlagartigen Druckabbau vermeidet, sondern auch die Explosionen der im Arbeitsmedium eingeschlossenen Luftblasen im größtmöglichen Umfang verhindert bzw. diese Explosionen auf absolut unschädliche Größenordnungen reduziert

Aufgrund der feinporigen Gestaltung des Sintermaterials wird das Arbeitsmedium in geringvolumigen Fäden durch das Sintermaterial hindurchgeführt Sollten dann immer noch Lufteinschlüsse vorhanden sein, so können diese nur eine solche Größenanordnung haben, die dem Volumen dieser feingliedrigen Fäden angepaßt ist Sofern sich diese geringvolumigen Lufteinschlüsse gegebenenfalls explosionsartig entspannen, so kann die dadurch hervorgerufene äußerst geringe Beanspruchung zu keinen die Funktion des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils ernsthaft beeinträchtigenden Beschädigungen am Absperrkörper führen.

Es ist also durch den erfindungsgemäßen Gedanken sichergestellt, daß Beschädigungen an der inneren Oberfläche des Absperrkörpers in Form von Erosionen einwandfrei vermieden werden. Die Folge hiervon ist, daß der Absperrkörper wesentlich länger funktionstüchtig bleibt. Dies ist dann im untertägigen Bergbau mit den dort bestehenden erheblichen Wartungsproblemen mit besonderen Vorteilen behaftet. Durch die Länge des Sintermaterials sowie durch die Art und Dicke dieses Abschnitts kann ferner sehr feinfühlig die Zeitdauer bestimmt werden, in welcher der überhöhte Druck des so Arbeitsmediums auf eine unschädliche Größenordnung abgebaut werden soll.

Für bestimmte Einsatzfälle besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß das Sintermaterial durch eine das Stützglied mittig durchsetzende Bohrung mit dem koaxial angeordneten Ablaufkanal verbunden ist. Diese Ausbildung ermöglicht es z. B., daß bei Überdruck schon in einem Bereich vor dem Sintermaterial ein gewisser Vorab-Druckabbau des Arbeitsmediums erzielt werden kann, welcher sich dann mi definiert kontinuierlich in dem Sintermaterial fortsetzt Auch auf diese Weise wird jeglicher schlagartige Druckabbau vermieden und eine weitgehende Schonung des Absperrkörpers gegen äußere Beanspruchungen sowie gegen innere Alterungserscheinungen er- <■> reicht. Das Sintermaterial wird insbesondere durch Sinterbronze gebildet Es steht jedoch selbstverständlich nichts im Wege, anstelle von Sinterbronze auch ein anderes, einen langsamen kontinuierlichen Druckabbau

gewährleistendes Sintermaterial zu verwenden.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Weiterbildung kann es dann von Vorteil sein, daß das Stützglied in Form eines schlanken Kegels ausgebildet ist, dessen im Durchmesser größerer Endabschnitt dem Ablaufkanal 5 zugewendet ist. Andererseits kann es aber ebenso vorteilhaft sein, daß das Stützglied auf dem überwiegenden Teil seiner Länge zylindrisch und in dem dem Ablaufkanal benachbarten Endabschnitt konisch verdickt ausgebildet ist. to

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

Mit 1 ist ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet, das mit einem schaftartigen Ventilunterteil 2 in eine Gewindebohrung 3 druck- und flüssigkeitsdicht eingeschraubt ist Die Gewindebohrung befindet sich in der Wand 4 eines einem nicht näher dargestellten untertänigen Ausbaugestell zugeordneten Grubenstempels. Mit 5 ist ein Dichtring bezeichnet Die Einschraubtiefe des Ventilschafts 2 wird durch einen Ringflansch 6 begrenzt, der sich an der Außenseite 7 der Stempelwand 4 abstützt Der Ventilschaft weist ferner einen zentralen Zulaufkanal 8 auf, der mit dem Druckraum 9 des Stempels ständig in Verbindung steht

Mit 10 ist ein gehäuseartiger Oberteil des Druckbegrenzungsventils 1 bezeichnet Die Festlegung des Ventilgehäuses am Ventilschaft 2 erfolgt dadurch, daß der der Stempelwand 4 zugewendete kreisringförmig gestaltete Endabschnitt 11 des Ventilgehäuses stramm auf einen gegenüber dem Ringflansch 6 vorstehenden zapfenartigen Fortsatz 12 geschoben wird, bis die Stirnfläche 13 des Endabschnitts an der äußeren Kreisringfläche 14 des Ringflansches 6 zur Anlage gelangt Die axiale Festlegung der beiden Gehäuseteile wird durch einen Stahldraht 15 bewirkt, der vom Außenumfang des Ventils her in eine kreisförmige Ausnehmung eingeschoben wird, welche von halbschalenartigen Nuten 16 und 17 in der Oberfläche des Fortsatzes 12 bzw. in der inneren Oberfläche des *o Endabschnitts 11 gebildet wird.

Das freie Ende des Ventilgehäuses 10 weist einen zentralen, in die Atmosphäre mündenden Ablaufkanal 18 auf. Dieser ist im Abstand von der Frontseite 19 des Gehäuses im Durchmesser vergrößert ausgebildet und ⁴^ nimmt in diesem Bereich 20 ein aus einem harten Kunststoff bestehendes Zentrierstück 21 auf. Das mit einer Längsbohrung 22 versehene Zentrierstück besitzt an beiden Endabschnitten je einen im Durchmesser verkleinerten Zapfen 23 bzw. 24. Der Zapfen 23 ist mit strammen Spiel in den im Durchmesser kleineren Längenabschnitt des Ablaufkanals 18 gas- und druckdicht eingepaßt Die Dichtung wird dadurch unterstützt, daß die sich an den Zapfen 23 anschließende Kreisringfläche 25 leicht konisch ausgebildet ist und dadurch einwandfreie Dichtbedingungen im Übergangsbereich von dem im Durchmesser kleineren Längenabschnitt des Ablaufkanals auf die dazu rechtwinklige Kreisringfläche 26 des im Durchmesser größeren Längenabschnitts 20 herbeigeführt werden. w»

Der Zapfen 24 des Zentrierstücks 21 ist am Außenumfang in Längsrichtung leicht ballig ausgebildet und wird von einem kreisringförmigen Endabschnitt Yi eines hinsichtlich seiner Außenkontur diaboloförmij; gestalteten Absperrkörpers 28 umfaßt Der andere Endabschnitt 29 des Absperrkörpers ist ebenfalls kreisringförmig gestaltet weist jedoch einen V-förmi gen Innenquerschnitt 30 auf. Die Wandungen dieses Endabschnitts liegen in einer entsprechend gestalteter V-förmigen Ringnute 31 des Fortsatzes 12. Di« Einspannung wird dadurch unterstützt, daß das Ventil gehäuse 10 mit einem inneren Kragen 32 einer Ringflansch 33 des Absperrkörpers 28 gegen die Stirnfläche 34 des Fortsatzes preßt Der Absperrkörpei ist folglich sowohl am Ventilgehäuse als auch air Ventilschaft druck-, gas- und flüssigkeitsdicht festgelegt.

Der Absperrkörper 2S weist ferner eine zentrale Axialbohrung 35 auf, die somit auf der einen Seite mil dem Zulaufkanal 8 im Ventilschaft 2 und auf der anderer Seite mit der Längsbohrung 22 im Zentrierstück 21, d. h also auch mit dem Ablaufkanal 18, in Verbindung steht In die Axialbohrung ist ein fingerartiges Stützglied 36 eingesetzt. Das Stützglied ist über den wesentlichen Tei 37 seiner Länge zylindrisch und in dem dem Zentrier stück benachbarten Endabschnitt 38 konisch verdickt ausgebildet Es besteht überwiegend aus Stahl und weist im mittleren Längenbereich einen feinporigen flüssigkeitsporösen Abschnitt 39 aus Sintermaterial, insbesondere Sinterbronze, mit einer Bohrung 40 auf. Diese Bohrung steht mit einer Bohrung 41 des Stützglieds ir Verbindung, die in die Bohrung 22 des Zentrierstücks 21 mündet

Der hinsichtlich seiner Außenkontur diaboloförmig ausgebildete mittlere Längenabschnitt des Absperrkörpers 28 liegt in einer vergrößerten Ausnehmung 42 des Ventilgehäuses 10, die mit einer Stickstoffatmosphäre gefüllt ist, welche unter einem Druck von beispielsweise 500 bar steht. Dieser Druck bewirkt daß die Wand 43 des aus einem federnd elastischen Werkstoff, wie ζ. Β synthetischen Kautschuk, bestehenden Absperrkörper! an die Oberfläche 44 des Stützglieds angepreßt unc dadurch der Spalt zwischen dem Stützglied und derr Absperrkörper einwandfrei abgedichtet wird, so da£ das in dem Zulaufkanal 8 anstehende Arbeitsmedium ar einem Ausströmen bzw. an einem Druckabbau gehindert ist

Erhöht sich nunmehr der Druck im Arbeitsraum 9 des Stempels über den Einstelldruck der Stickstoffatmo Sphäre in der Ausnehmung 42, so tritt das Arbeitsmedium in den Spalt zwischen dem Stützglied 36 und den* Absperrkörper 28 ein, erweitert diesen Spalt langsarr und unterliegt hierdurch einem geringen Vorab-Druckabbau. Bei Erreichen des Sintcnrnaterials 39 entspann! sich der Druck des Arbeitsmediums dann kontinuierlich bis auf den Atmosphärendruck, wobei das überschüssige Arbeitsmedium über den Ablaufkanal 18 in die Atmosphäre abgespritzt wird. Sinkt folglich der Druck des Arbeitsmediums wieder unter den Einstelldruck dei Stickstoffatmosphäre, so wird der Absperrkörper durch das Druckgas wieder einwandfrei an die Oberfläche de; Stützglieds angepreßt und das Arbeitsmedium an einen* Ausströmen bzw. an einem weiteren Druckabbai gehindert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckbegrenzungsventil für den hydraulischen Arbeitsdruck eines einem untertägigen Ausbaugestell zugeordneten Stempels, das zwischen einem ständig mit dem Druckraum des Stempels verbundenen Zulaufkanal und einem in die Atmosphäre mündenden Ablaufkanal einen umfangsseitig durch Gasdruck beaufschlagten Absperrkörper aus einem federnd elastischen Werkstoff aufweist, dessen Axialbohrung von einem zapfenartigen Stützglied auf ganzer Länge durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (36) im etwa mittleren Längenabschnitt aus Sintermaterial (39) besteht, welches wenigstens mittelbar mit dem Ablaufkanal (18) flüssigkeitsleitend verbunden ist, wobei die Wanddicke des durch Gasdruck flüssigkeits- und druckdicht am Stützglied (36) anliegenden Absperrkörpers (28) auf der gesamten Länge des Stützglieds (36) im wesentlichen gleich bemessen ist

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermaterial (39) durch eine das Stützglied (36) mittig durchsetzende Bohrung (41) mit dem koaxial angeordneten Ablaufkanal (18) verbunden ist

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (36) in Form eines schlanken Kegels ausgebildet ist, dessen im Durchmesser größerer Endabschnitt dem Ablaufkanal (18) zugewendet ist.

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützglied (36) auf dem überwiegenden Teil (37) seiner Länge zylindrisch und in dem dem Ablaufkanal (18) benachbarten Endabschnitt (38) konisch verdickt ausgebildet ist