DE2640470A1

DE2640470A1 - Druckentlastungsventil

Info

Publication number: DE2640470A1
Application number: DE19762640470
Authority: DE
Inventors: George Herbert Dowty
Original assignee: Dowty Mining Equipment Ltd
Current assignee: Dowty Mining Equipment Ltd
Priority date: 1975-09-09
Filing date: 1976-09-08
Publication date: 1977-03-31
Also published as: GB1553676A; PL117422B1; US4091838A; ZA765213B

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckentlastungsventil, das zum Betrieb bei hohen Drucken bestimmt ist.

Ein Druckentlastungsventil öffnet und läßt Strömungsmittel von ι einer Druckquelle zu einer Niedrigdruckzone abfließen, wenn der

Druck des von der Quelle kommenden Strömungsmittels einen bei

J stimmten Relativwert überschreitet. Der Ventilaufbau enthält nor-ί
! malerweise ein Schließteil, das von einem nachgiebigen Element

j gegen einen Sitz gedrückt wird. Dadurch wird der Ablaßkanal ge-I schlossen. Der Druck des Strömungsmittels erzeugt eine Kraft auf ': das Schließteil in Öffnungsrichtung und öffnet, wenn der Druck _: den bestimmten Wert erreicht, das Ventil und läßt das unter Druck

j stehende Strömungsmittel abfließen. Wenn der bestimmte Druck hoch; j ist und wenn der Abzugskanal eine beträchtliche Strömung aufnehmen I kann, besitzt das nachgiebige Element normalerweise eine beacht-

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liehe Größe. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druck- \ entlastungsventil zu schaffen, das bei hohen Drucken arbeitet und 'bei dem das nachgiebige Element eine vergleichsweise geringe Größe besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das nachgiebige Element eine Menge flüssigen oder flüssigkeitsartigen Materials ist, welches sich in einem Behälter befindet, wobei die Bewegung des Schließteils vom Sitz weg das Volumen der eingesperrten Flüssigkeit elastisch verändert, ohne daß dabei eine nennenswerte elastische Vergrößerung des Behälters stattfindet. Das flüssigkeitsartige Material kann ein Fett oder ein Festkörper, beispielsweise Gummi sein, der sich unter dem Einfluß von hohen Drucken wie eine Flüssigkeit benimmt.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine Ausführungsform des Entlastungsventils umfaßt einen recht : stabilen Behälter, der eine Menge an flüssigem oder flüssigkeits-'

artigem Material enthält. Ein Tauchkolben ist im Behälter so be- . j weglich, daß er das Flüssigkeitsvolttmen in diesem verändern kann.

Ein Schließteil wird durch die Kraft der Flüssigkeit* die auf den

\ Tauchkolben wirkt, gegen einen Sitz gedruckt. Ein Einlaßkanal auf!

' einer Seite des Sitzes und ein Auslaßkanal auf der anderen Seite ■ ! des Sitzes sind vorgesehen. Eine Fläche des Schließteils ist dem

!

j Strömungsmitteldruck im Einlaßkanal ausgesetzt, wodurch auf das :

^!

j Schließteil eine Kraft ausgeübt wird, deren Richtung der Flüssig-\

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keitskraft, die auf den Tauchkolben wirkt, entgegengesetzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Teil von Fig.1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Grubenstempel mit zwei Entlastungsventilen in der Bauweise von Fig. 1.

Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Entiastungsventil enthält einen Flüssigkeitsbehälter 1, der dickwandig ist und hohen Flüssigkeitsdrucken ohne nennenswerte Volumenvergrößerung widersteht. Er besitzt eine Bohrung 2, die an einem Ende offen ist. j Die Außenfläche des Behälters 1 ist in der Nähe des offenen Endes : der Bohrung mit einem Schraubgewinde 10 versehen.

Der Ventilsitz 3 ist mit einem Außenschraubgewinde 4 an einem ' Ende ausgestaltet. Dadurch kann das Ventil an seiner Betriebsstellung in einem Grubenstempel befestigt werden.

An diesem Ende tritt ein Einlaßkanal 5 in das Ventilsitzteil ein,

der am Ventilsitz 6 endet. An der gegenüberliegenden Seite des

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Sitzes befindet sich einer oder befinden sich mehrere Auslaßkanäle 7, welche Strömungsmittel zu einer Niedrigdruckζone abfüh-

! ren.

Am anderen Ende besitzt das Ventilsitzteil 3 ein Innengewinde 8, das in Eingriff mit dem Schraubgewinde 10 am Behälter ist. Innerhalb des Ventilsitzteiles ist ein Ventilschließteil 9 angeordnet, welches eine weiche Sitzfläche 11 aus einem geeigneten Kunststoff enthalten kann. Die v/eiche Sitzfläche 11 kann austauschbar sein. Das Schließteil 9 ist einstückig mit einem zylindrischen Tauchkolben 12 ausgeformt, der in das offene Ende der Bohrung 2 des Behälters eintritt.

Der Tauchkolben 12 ist durch eine Führung 13, einen ringförmigen Tauchkolben 14, der als Verlängerung der Führung 13 ausgebildfet ist, und eine Dichtung 15 so gehaltert, daß er relativ zum Behälter gleiten kann. Die Führung 13 und der Hilfstauchkolben 14 enthalten eine Bohrung 16, in dem sich der Tauchkolben 12 im Gleitsitz befindet. Die Dichtung 15 ist zwischen dem ringförmigen Tauchkolben 14 und dem Tauchkolben 12 angeordnet; sie kann jede bekannte Dichtungsform aufweisen, die zuverlässig bei sehr hohen Flüssigkeitsdrucken abdichtet. Der ringförmige Tauchkolben 14 paßt in eine eingearbeitete Bohrung 18, welche das äußere Ende der Behälterbohrung 2 bildet. Eine Dichtung 19 ist zwischen der Bohrung 18 und dem ringförmigen Tauchkolben 14 angeordnet.

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■ Beim Zusammenbau des Ventils wird der Behälter 1 in einem her- ! kömmlichen Support mit seinem offenen Ende nach oben gehalten.

ι Die Bohrung 2 wird mit Flüssigkeit, beispielsweise einer Silikon- ' Flüssigkeit, gefüllt. Der Ventilsitz 3, das Schließteil 9, die Führung 13, der Tauchkolben 12 und die Dichtungen 15 und 19 werden als Einheit eingebaut, die auf das offene Ende des Behälters aufgebracht wird. Das Ventilsitzteil 3 wird dann gegenüber dem Behälter 1 verdreht, so daß die Schraubgewinde 8 und 10 ineinander eingreifen. Der ringförmige Tauchkolben 14 tritt in die Behälterbohrung 2 ein; überschüssige Flüssigkeit strömt bei diesem Vorgang über. Wenn die Dichtung 19 die Bohrung 18 berührt und ein weiteres Lecken verhindert, wird das Ventilsitzteil auf den Behälter aufgeschraubt, so daß die zusammenwirkenden Schultern des Ventilsitz teils und der Führung einander berühren und dabei den ringförmigen Tauchkolben 14 in den Behälter drücken. Dadurch wird die darin befindliche Flüssigkeit komprimiert; der Tauchkolben 12 wird nach außen gedrückt, so daß das Schließteil 9 den Sitz 6 berührt. Das Ventilsitzteil wird dann weiter auf den Behälter aufgeschraubt, wobei sowohl der Tauchkolben 12 als auch

ι der ringförmige Tauchkolben 14 in den Behälter so gedrückt werden, daß die darin befindliche Flüssigkeit komprimiert wird. Diese wird auf einen bestimmten Druck gebracht, welche einem bestimmten

^: Strömungsmitteldruck im Einlaßkanal 5 entspricht, bei dem das Ventilteil 9 von seinem Sitz abhebt.

Um das Ventilsitzteil auf den Behälter aufzuschrauben sind so- ^; wohl das Ventilsitzteil 3 als auch der Eehälter außen hexagonal - geformt. Wenn das zusammengebaute Entlastungsventil in seine

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Betriebsstellung geschraubt wird, setzt ein geeigneter hexagonaler Schraubenschlüssel am Ventilsitζteil 3 an und dreht das Schraubgewinde 4 in ein entsprechendes Gewinde der Maschine, an welchem das Entlastungsventil eingebaut wird. Der Einbau des Ventils geschieht normalerweise so, daß die Auslaßkanäle 7 zur Atmosphäre über die hexagonalen Flächen des Ventilsitzteiles und des Behälters entlüften können.

In Fig. 2 sind entsprechende Bezugszahlen zur Bezeichnung von Teilen verwendet, die solchen von Fig. 1 ähnlich sind. Der Hauptunterschied zwischen Fign. 2 und 1 besteht darin, daß der Tauchkolben 12 und das Schließteil 9 vonanander getrennt ausgebildet sind. Der Tauchkolben 12 liegt gegen das Schließteil 9 an und drückt dieses auf seinen Sitz. Das Ventilsitzteil 3 ist mit einer Innenbohrung 21 versehen, innerhalb der ein zylindrisches Teil 22 mit Schlitzen 23 gleitet, wodurch das Schließteil 9 auf den Sitz 6 geführt wird. Der Vorteil, der bei der Bauweise nach Fig. 2 erzielt wird, besteht darin, daß keine Notwendigkeit hochgenauer Ausrichtung zwischen Tauchkolben 12 und Ventilsitz 6 gegeben ist. Auf diese Weise kann das Entlastungsventil einfacher gebaut werden.

Das erfindungsgemäße Entlastungsventil läßt sich sehr zweckmäßig bei einem hydraulischen Grubenstempel einsetzen. Ein Beispiel eines solchen Stempels ist in Fig. 3 gezeigt. Dieses Beispiel ist ein doppelt ausfahrender Stempel, der einen äußeren Zylinder 31, einen Zwischenzylinder 32 und einen inneren Tauchkolben 33 umfaßt. Am äußeren Zylinder 31 ist ein den Boden berührendes

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Kissen 34 befestigt. Am inneren Tauchkolben 33 ist das die Decke berührende Kissen 35 befestigt. Innerhalb des Stempels ist ein ! Rohr 36 im Bodenkissen 34 befestigt, das koaxial durch die Zylinder j in den Arbeitsraum 37 innerhalb des Tauchkolbens 33 vedäuft. Das

ι untere Ende des Zwischenzylinders 32 ist mit einem Kolben 38 versehen, der dicht gegen die Innenfläche des Außenzylinders 31 anliegt und ebenfalls gegen die Außenfläche des Rohres 36, wodurch ein Arbeitsraum 39 zwischen dem Kolben 38 und dem Bodenkissen 34

■ gebildet wird. Ein Füllanschluß 41 am Bodenkissen 34 führt direkt zum Arbeitsraum 39. Innerhalb des Bodenkissens 34 ist ein Füllventil 42 vorgesehen, welches die Flüssigkeitsströmung vom Arbeitsraum 39 durch das Rohr 36 zum Arbeitsraum 37 regelt. Der beschriebene Grubenstempel ist gebräuchlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Grubenstempel jedoch mit zwei Hochdruck-Entlastungsventilen 43 und 44 versehen. Das Entlastungsventil 43 steht in direkter Verbindung mit dem Arbeitsraum 39; das Entlastungsventil 44 steht in direkter Verbindung mit dem Arbeitsraum 37. Beide Entlastungsventile 43 und 44 besitzen die in Fig.1

■ gezeigte Form. Die Druckeinstellungen der beiden Ventile 43 und 44 unterscheiden sich geringfügig voneinander. Das Ventil 43 öffnet bei einem etwas geringeren Druck als das Ventil 44. Vor-

^: zugsweise sind die Öffnungsdrucke der beiden Ventile umgekehrt

proportional zu den Querschnittsflächen der beiden Arbeitsräume

37 und 39 ausgelegt. Auf diese Weise bleibt über den gesamten Hub des Grubenstempels die nachgiebige Belastung des Grubenstempels im wesentlichen konstant.

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Bei der Ventilbauweise, die in den Fign. 1 und 2 gezeigt ist, ist der Querschnitt des Tauchkolbens 12 beträchtlich geringer als der Querschnitt des Schließteiles 9, der im Eingangskanal 5 liegt.Auf diese Weise ist der öffnungsdruck des Ventils beträchtlich geringer als der Flüssigkeitsdruck im Behälter 2. Beim dargestellten Beispiel ist der Strömungsmitteldruck zum öffnen des Ventils 9 nur ein Drittel des Flüssigkeitsdruckes im Behälter 1. Das Volumen im Behälter 1 ist vorzugsweise beträchtlich größer als das Flüssigkeitsvolumen, das bei der vollen Öffnungsbewegung vom Tauchkolben 12 bewegt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Behältervolumen ungefähr das Fünfundzwanzigfache der maximalen Verschiebung des Tauchkolbens 12 bei der vollen öffnung des Ventils. Um den bestimmten Druck des Ventils auf einen Strömungsmitteldruck von 5000 psi einzustellen, kann der Druck im Behälter 1 auf 16000 psi gebracht werden. Wenn der Ventiltauchkolben vollständig öffnet, steigt der Druck der Flüssigkeit im Behälter 1 auf ungefähr 24000 psi. Ein sehr rascher Druckanstieg in einem Grubenstempel, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, der beispielsweise von einem Einbruch des Hangenden herrühren kann, läßt den Druck rasch auf den bestimmten Wert steigen, bei dem das Ventil öffnet. Da das Ventil groß ist, ist die mögliche Strömung recht beträchtlich. Die Erhöhung des Druckes über den bestimmten Druckwett hinaus, welcher

! das Ventil geöffnet hält, ist nicht sehr groß. Beim gezeigten Beispiel ermöglicht das Ventil bei einer Erhöhung des Druckes von 15% über den bestimmten Druck ein rasches Kollabieren des

ι Stempels. Dies rührt von der Tatsache her, daß die Flüssigkeit, ; die eine sehr hohe Belastung für das Schließteil abgibt, auch

ι eine sehr geringe Federkonstante besitzt. Auf diese Weise kann !

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das Ventilschließteil sich beträchtlich von seinem Sitz abheben, ohne daß eine sehr große Erhöhung des Drucks über den bestimmten Druckwert hinaus stattfindet.

Die im Behälter 1 verwendete Flüssigkeit ist vorzugsweise eine Silikon-Flüssigkeit, die eine beträchtlich größere Kompressibilität als eine durchschnxttliche Flüssigkeit besitzt. Eine Silikonflüssigkeit kann beispielsweise um ungefähr 10% ihres Volumens bei 20000 psi komprimiert werden.

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Leerseite

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

IM .)Druckentlastungsventil mit einem Schließteil, das von einem nachgiebigen Element gegen einen Sitz gedrückt wird, dadurch

ι gekennzeichnet, daß das nachgiebige Element eine Menge flüssi-

gen oder flüssigkeitsartigem Materials ist, welche in einen Behälter (1) so eingesperrt ist, daß die Bewegung des Schließ-' teils (9) von seinem Sitz (6) das Volumen der eingesperrten j Flüssigkeit elastisch verringert, ohne daß eine nennenswerte

: elastische Vergrößerung des Behälters (1) stattfindet.
2. Entlastungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tauchkolben (12) relativ zum Behälter (1) beweglich ist und dabei das darin befindliche Flüssigkeitsvolumen verändert, wobei das Schließteil (9) durch die auf den Tauchkolben (12) wirkende Flüssigkeitskraft gegen den Sitz (6) gedrückt wird.
3. Entlastungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einlaßkanal (5) auf einer Seite des Sitzes (6) und ein Auslaßkanal (7) auf der anderen Seite des Sitzes vorgesehen sind, daß eine Fläche des Schließteils (9) dem Strömungsmitteldruck im Einlaßkanal (5) ausgesetzt ist, wodurch eine Kraft ' auf das Schließteil (9) in eine Richtung ausgeübt wird, ;

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die entgegengesetzt der auf den Tauchkolben (12) wirkenden

Flüssigkeitskraft ist. ^;

j
4. Entlastungsventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn-

! zeichnet, daß die Fläche des Schließteils (9), die dem Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, größer ist, als die Querschnitts fläche des Tauchkolbens (12).

;
5. Entlastungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Behälters (1) beträchtlich größer ist als das Volumen der vom Tauchkolben (12) bewegten Flüssigkeit, wenn das Schließteil (9) vollständig vom Sitz (6) ab-

: gehoben ist.
6. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (15) zwischen dem Tauchkolben (12) und dem Behälter (1) vorgesehen ist, welche ein Herauslecken von Flüssigkeit verhindert.
7. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verschraubung (8,10) vorgesehen ist, mit der das Flüssigkeitsvolumen im Behälter (1) eingestellt werden kann, während das Schließteil (9) an seinem Sitz (6) anliegt. j
8. Entlastungsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, j daß die Verschraubung (8,10) die Entfernung einstellt, um ! die der Tauchkolben (12) sich in den Behälter (1) erstreckt.;

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9. Entlastungsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung (8,10) die Entfernung einstellt, um welche sich ein HilfStauchkolben (14) in den Behälter (1) erstreckt.

^:
10. Entlastungsventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschraubung (8,10) gemeinsam die Erstreckung des Tauchkolbens (12) und eines Hilfstauchkolbens (14) in den

i Behälter (1) regelt.

j
11. Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch i gekennzeichnet, daß die Verschraubung (8,10) eine Schraub-

: verbindung zwischen dem Behälter (1) und einem Körperteil ! (3) umfaßt, welches den Ventilsitz (6), den Einlaßkanal (5) und den Auslaßkanal (7) enthält.

!
12. Entlastungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, . dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in einem hydraulischen

ι Grubenstempel angeordnet ist und dessen Arbeitsraum (37 oder I 39) zur Atmosphäre hin entlüftet, wenn der darin vorliegen-

j de Strömungsmitteldruck einen bestimmten Wert überschreitet.
13. Entlastungsventilpaar, jedes Entlastungsventil nach einem der Ansprüche 1 -11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile ; in einem doppelt ausfahrbaren hydraulischen Grubenstempel montiert sind, wobei ein Ventil (44) einen Arbeitsraum (37) und das andere Ventil (43) den anderen Arbeitsraum (39) zur Atmosphäre hin entlüften kann.

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14. Entlastungsventilpaar nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Drucken der beiden Entlastungsventile (43,44) individuell so eingestellt werden, daß sie umgekehrt proportional zu ofen Querschnittsflächen der beiden Arbeitsräume (39,37) des hydraulischen Grubenstempels sind.

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