DE1259816B - Kolben fuer hydraulische Grubenstempel od. dgl. - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES VfflTW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CI.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

E21d

Deutsche Kl.: 5 c-15/50

1259 816
B 62443 VI a/5 c
10. Mai 1961
1. Februar 1968

Bei hydraulischen Grubenstempeln oder sonstigen für hohe Drücke bestimmten Druckmittelzylindern, deren Druckraum durch einen Kolben abgeschlossen ist, ist die Ausbildung und Wirkungsweise der in der Regel am Kolben angeordneten Dichtung der Funktionsfähigkeit des Druckmittelzylinders von ausschlaggebender Bedeutung. Derartige, vor allem für den untertägigen Grubenbetrieb bestimmte Druckzylinder bzw. hydraulische Grubenstempel müssen besonderen Anforderungen genügen und spezielle Eigenschaften besitzen, die sich aus den besonders gelagerten Betriebsbedingungen und Beanspruchungen ergeben, denen derartige Druckzylinder bzw. Grubenstempel ausgesetzt sind. Diese Anforderungen, die an den Kolben eines hydraulischen Grubenstempels oder eines sonstigen, vor allem für die Verwendung im untertägigen Grubenbetrieb bestimmten hydraulischen Druckzylinders für hohe Druckmitteldrücke gestellt werden, lassen sich mit den Eigenschaften, die man von dem Kolben eines für andere Zwecke bestimmten Druckmittelzylinders, insbesondere eines Druckmittelzylinders für relativ niedrige Drücke, verlangt, nicht vergleichen.

Im Schrifttum ist eine Vielzahl von Dichtungen für die Kolben von hydraulischen Grubenstempeln bzw. sonstigen hydraulischen Druckzylindern für hohe Druckmitteldrücke vorgeschlagen worden. In den meisten Fällen handelt es sich hierbei um Nutring-Manschetten-Dichtungen, die durch einen in axialer Richtung gegenüber dem Kolben nicht verstellbaren Haltering in ihrer Lage gehalten sind. Bei einem mit einer derartigen Dichtung ausgerüsteten bekannten Grubenstempel ist der Haltering für die Nutring-Manschette durch eine mit dem Stempelkolben verschraubte Platte gehalten, während eine axiale Verstellung des Halteringes zum Zwecke einer mehr oder weniger starken Verspannung· der Nutring-Manschette gegen die Innenwandung des Außenstempels nicht möglich ist.

Diese Nutring-Manschetten-Dichtungen besitzen zunächst den Nachteil, daß sie eine sehr genaue und teure Paßarbeit zur Einpassung der Dichtungen in den Außenstempel bzw. Druckzylinder erforderlich machen, um einerseits eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen und andererseits einen unzulässig starken Verschleiß der Dichtungen zu vermeiden. Infolge der bei ihnen erforderlichen flächigen Anlage der Dichtung an der Zylinderwandung und des auf sie durch die Druckflüssigkeit ausgeübten Druckes erzeugen sie eine verhältnismäßig starke Reibung an der Zylinderwandung, durch die die Bewegung des Kolbens erschwert wird. Diese bekannten Nutring-Kolben für hydraulische Grubenstempel od. dgl.

Anmelder:

Bochumer Eisenhütte Heintzmann & Co.,

4630 Bochum, Blücherstr. 33

Als Erfinder benannt:
Erwin Blenkle, 4630 Bochum

Manschetten-Dichtungen vermögen sich selbst relativ geringen Ungenauigkeiten der Zylinderinnenwandung nicht anzupassen, so daß eine hohe Genauigkeit und Oberflächengüte dieser Wandungen erforderlich ist. Infolge der rauhen Arbeitsbedingungen des untertägigen Grubenbetriebes läßt es sich jedoch selbst dann, wenn der Außenstempel bzw. Druckzylinder mit der erforderlichen engen Maß- und Formtoleranz hergestellt worden ist und seine Innenwandung eine entsprechende hochwertige Bearbeitung erfahren hat, nicht vermeiden, daß während des Einsatzes gewisse bleibende Verformungen bzw. Verbeulungen des Außenstempels bzw. Druckzylinders auftreten, die eine Veränderung seines lichten Querschnittes zur Folge haben. Außerdem lassen sich infolge des meist als Druckflüssigkeit verwendeten Grubenwassers gewisse Korrosionserscheinungen an der Innenwandung des Außenstempels bzw. Druckzylinders nicht vermeiden. Die bekannten Nutring-Manschetten-Dichtungen ermöglichen es nicht, bei solchen bleibenden Verformungen oder Korrosionen der Zylinderinnenwandung die Abdichtung des Druckraumes aufrechtzuerhalten, so daß in diesen Fällen der betreffende Stempel bzw. Druckzylinder ausgewechselt und zur Überholung in eine meist übertägige Reparaturwerkstatt gebracht werden muß. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Nutring-Manschetten-Dichtungen besteht darin, daß sich die Spannung, mit der die Dichtelemente an der Zylinderinnenwandung anliegen, weder kontrollieren noch regulieren läßt, so daß diese mit fortschreitendem Verschleiß zunehmend geringer wird und schließlich keine ausreichende Dichtung, auch unter der Einwirkung des im Druckzylinder herrschenden Druckmitteldruckes, mehr gewährleistet ist. Dies ist bei hydraulischen Grubenstempeln besonders nachteilig,

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da ein unvorhergesehenes Leck in der Dichtung zu Reihenfolge und Anordnung zu montieren, so daß einer Druckentlastung des Stempels führt, was ein fehlerhafte Montagen nicht mit der erforderlichen Hereinbrechen des Hangenden mit folgenschweren Sicherheit ausgeschlossen werden können.
Unfällen und langwierigen Betriebsstörungen zur Der O-Ring ist bei dieser bekannten Bauart bei Folge haben kann. Aber auch bei sonstigen hydrau- 5 nicht druckbelastetem Stempelkolben durch einen lischen Druckzylindern für den untertägigen Gru- aus metallischem Werkstoff bestehenden Stützring benbetrieb, z. B. Vorschub- oder Abspannzylindern, gehalten, der durch einen in eine ringnutartige Auskann sich ein Undichtwerden der Dichtung außer- nehmung des Stempelkolbens eingreifenden Sprengordentlich nachteilig auf den Betriebsablauf und die oder Federring in seiner Lage gesichert ist. Dieser Betriebssicherheit auswirken. io Stützring ist in axialer Richtung des Stempelkolbens

Der Kolben selbst ist bei diesen bekannten, mit nicht verstellbar, so daß es sich bei diesem Stützring

Nutring-Manschetten-Dichtungen ausgerüsteten Bau- nicht um einen Spannring handelt, mit dessen Hilfe

arten stets aus einem metallischen Werkstoff herge- die Dichtungsmanschette gegen die Innenwandung des

stellt, wobei er im Regelfalle einer sorgfältigen Ober- Außenstempels verspannt werden kann. Bei Druck-

flächenbearbeitung bedarf, was seine Herstellung 15 belastung des Stempelkolbens hebt sich der O-Ring

relativ teuer macht. Außerdem ist die Anbringung von dem Stützring ab, so daß in diesem Falle eine

der Nutring-Manschetten-Dichtung an dem metalli- Anpressung der Dichtungsmanschette gegen die

sehen Kolben vielfach umständlich und schwierig Innenwandung des Außenstempels lediglich durch

und bedarf eines relativ hohen Maßes an Aufmerk- das die Dichtungsmanschette einschließlich des

samkeit, während sich das relativ große Gewicht des ao O-Ringes beaufschlagende Druckmittel erfolgt,

aus Metall bestehenden, meist erhebliche Abmessun- Auch bei diesem vorbekannten Stempelkolben ver-

gen besitzenden Kolbens ebenfalls nachteilig aus- mag sich die Dichtungsmanschette — ebenso wie bei

wirkt. allen anderen zum Stande der Technik gehörenden

Es ist ferner ein Kolben für hydraulische Gruben- Kolbendichtungen für hydraulische Grubenstempel — stempel bekannt, welcher nur in seinem mittleren 25 nur in sehr geringem Maße Unebenheiten und Rau-Querschnittsbereich aus einem metallischen Werkstoff higkeiten der Innenwandung des Außenstempels anbesteht, während er im Bereich seines Umfanges aus zupassen, so daß bei stärkeren Ein- bzw. Ausinsgesamt vier voneinander getrennten Werkstoffen beulungen des Außenstempels entweder der Stempelunterschiedlicher Elastizität gebildet ist. Hierbei kolben blockiert oder aber es zu Undichtigkeiten handelt es sich um zwei Kolbenringe, die aus einem 30 kommt. Beides bedeutet jedoch, daß der Stempel elastischen Werkstoff unterschiedlicher Elastizität funktionsunfähig wird und ausgebaut sowie — soweit hergestellt sind, sowie ferner um eine Dichtungs- er sich überhaupt noch reparieren läßt — zur Repamanschette und einen O-Ring, die abermals aus ratur nach Übertage geschafft werden muß. Irgendunterschiedlichen elastischen Werkstoffen bestehen. eine Möglichkeit zur Anpassung der Dichtungsman-Die Kolbenringe und die Dichtungselemente dieses 35 schette an Ein-oder Ausbeulungen des Außenstempels bekannten Stempelkolbens müssen deshalb aus einem bzw. einen Verschleiß der Dichtungsmanschette Werkstoff unterschiedlichen elastischen Formände- besteht nicht. Vielmehr wird bei dieser bekannten rungsvermögens bestehen und als voneinander ge- Bauart die Dichtfunktion der Dichtungsmanschette trennte Bauteile ausgebildet sein, weil diese Elemente mit jeder noch so geringen Ausbeulung des Außenunterschiedliche Aufgaben zu erfüllen haben. Der 40 stempeis sowie auch mit fortschreitendem Verschleiß eine der beiden Kolbenringe muß ein besonders der Dichtungsmanschette zunehmend schlechter, wogroßes elastisches Formänderungsvermögen besitzen, bei keinerlei Möglichkeit besteht, diese äußerst nachum bei Druckbelastung des Kolbens den Zwischen- teilige Wirkung auszugleichen,
raum zwischen Kolben und Innenwandung des Bei einer Druckluftvorschubstütze für Gesteins-Druckzylinders zu überbrücken. Der andere der 45 bohrhammer ist es bekannt, den Kolben im Bereich beiden Kolbenringe muß demgegenüber, um ein Ein- seines Umfanges aus einem elastisch verformbaren quetschen desselben zwischen einer Stützplatte des Werkstoff herzustellen und eine damit einstückig Kolbens und der Innenwandung des Außenstempels ausgebildete, an der Innenwandung des Druckzu verhindern, relativ wenig verformbar sein, während Zylinders anliegende Dichtlippe vorzusehen, welche auch die Dichtungsmanschette eine gewisse Form- 50 durch einen am Kolben lösbar befestigten Ring in beständigkeit und daher eine geringere elastische ihrer Lage gehalten ist. Eine derartige Druckluftvor-Verformbarkeit aufweisen muß als der zur Über- schubstütze unterscheidet sich von einem hydraubrückung des Zwischenraumes zwischen Kolben und lischen Grubenstempel oder einem sonstigen hydrau-Innenwandung des Druckzylinders dienende, ein lischen Druckzylinder für hohe Druckmitteldrücke in relativ großes Formänderungsvermögen besitzende 55 vielfacher Hinsicht, so daß es nicht ohne weiteres Kolbenring. Somit ist bei diesem bekannten Stempel- naheliegt, Konstruktionsmerlanale, die bei Druckluftkolben eine Unterteilung des elastisch verformbaren vorschubstützen für Gesteinsbohrhämmer an sich äußeren Kolbenteiles und der diesem zugeordneten bekannt sind, auf hydraulische Grubenstempel oder Dichtungselemente in eine größere Anzahl von von- sonstige hydraulische Druckzylinder für hohe Druckeinander getrennten sowie aus unterschiedlichen 60 mitteldrücke zu übertragen.

Werkstoffen bestehenden Elementen unumgänglich. Der Kolben dieser vorbekannten Vorschubstütze

Diese notwendige Ausbildung des äußeren Kolben- besteht in seinem mittleren Querschnittsbereich aus

teiles macht jedoch die bekannten Stempelkolben in einem metallischen Werkstoff, während dieser mittlere

seiner Herstellung relativ teuer. Außerdem bedarf es Kolbenabschnitt an seinem äußeren Umfang von einer

eines nicht unbeträchtlichen Maßes an Aufmerksam- 65 relativ dünnwandigen, aus elastischem Werkstoff be-

keit, um die aus unterschiedlichen elastischen Werk- stehenden Hülse umschlossen ist, an der eine gleich-

stoffen bestehenden Kolbenringe sowie die Dichtungs- falls dünnwandige, jedoch eine relativ große axiale

manschette und den O-Ring jeweils in der richtigen Länge besitzende Dichtlippe vorgesehen ist. Dieser

aus elastischem Werkstoff bestehende äußere Kolbenteil mitsamt der Dichtlippe ist durch einen am Kolben lösbar befestigten, jedoch in axialer Richtung nicht verstellbaren Ring in seiner Lage gehalten. Irgendwelche Mittel, um die eine verhältnismäßig große Länge besitzende Dichtlippe gegen die Innenwandung des Druckzylinders anzupressen, sind bei dieser bekannten Vorschubstütze nicht vorhanden. Vielmehr wird die Dichtlippe nur dann gegen die Innenwandung des Druckzylinders angepreßt, wenn dieser mit Druckluft beaufschlagt ist. Würde man dieses bei Vorschubstützen vorbekannte Prinzip der Abdichtung auf einen hydraulischen Grubenstempel übertragen, so ergäbe sich die nachteilige Folge, daß nur bei unter Druck stehendem Druckraum eine Abdichtung des Stempelkolbens gegenüber der Innenwandung des Außenstempels erzielt wird, während bei drucklosem Druckraum das Druckmittel zwischen Stempelkolben und Innenwandung des Außenstempels durchtreten kann. Dies würde bedeuten, daß das Druckmittel bei drucklosem Druckraum — z. B. nach dem Rauben des Stempels bzw. beim Transport desselben — auslaufen kann.

Außerdem ist die bei der vorbekannten Druckluftvorschubstütze vorgesehene Dichtlippe derart lang und dünn ausgebildet, daß sie bei Übertragung auf einen hydraulischen Grubenstempel durch den sich auf mehrere hundert Atmosphären belaufenden Druck im Druckraum in unzulässig starkem Maße gegen die Innenwandung des Außenstempels verspannt würde. Bei einem Aus- oder Einfahren des Stempels unter Druck würde daher in erheblichem Maße die Gefahr bestehen, daß die lange, dünne Dichtlippe abreißen oder aber erheblich beschädigt wird. Zumindest aber würde durch die außerordentlieh lange und dünne Dichtlippe das Ein- und Ausfahren eines damit ausgerüsteten hydraulischen Grubenstempels außerordentlich erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht werden.

Da der Kolben dieser bekannten Druckluftvorschubstütze zum bei weitem überwiegenden Teil aus einem metallischen Werkstoff besteht, besitzt er außerdem ein relativ hohes Gewicht, was sich gerade bei der Verwendung von für den untertägigen Grubenbetrieb bestimmten Druckzylindern nachteilig auswirkt. Der metallische Teil des Kolbens ist ferner mehrteilig ausgebildet und weist mehrere Gewinde und Dichtflächen auf, die mit großer Genauigkeit bearbeitet werden müssen, so daß der Kolben in seiner Herstellung relativ teuer ist. Außerdem sind mehrere miteinander verschraubbare Teile zum Befestigen des mit der Dichtlippe versehenen, aus elastischem Werkstoff bestehenden äußeren Umfangsabschnittes des Kolbens erforderlich, so daß auch die Montage der Dichtung dieses bekannten Kolbens relativ umständlich ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ausgehend von der zuletzt behandelten, nur für relativ geringe Druckmitteldrücke bestimmten und geeigneten Kolbendichtung, welche durch einen am Kolben lösbar befestigten Ring in ihrer Lage gehalten ist, einen für hydraulische Grubenstempel oder ähnliche hydraulische Druckzylinder für hohe Druckmitteldrücke geeigneten Kolben zu schaffen, der die zahlreichen Mängel und Nachteile der bislang für derartige Zwecke praktisch ausschließlich verwendeten, aus einem metallischen Kern bestehenden und meist mit Manschettendichtungen versehenen Kolben vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben in seiner Gesamtheit einstückig aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt ist und daß gegen die Innenfläche der mit dem Kolben einstückigen Dichtlippe sich ein in axialer Richtung vorspringender ringförmiger Ansatz eines in axialer Richtung verstellbaren Spannringes abstützt, der wenigstens in diesem Bereich aus einem elastisch verformbaren Werkstoff besteht.

Obwohl elastisch verformbare Werkstoffe, die sich für die Herstellung von Kolben für hydraulische Grubenstempel oder ähnliche Druckzylinder für hohe Druckmitteldrücke eignen, bereits seit Jahrzehnten bekannt sind, hat man bislang bei allen hydraulischen Grubenstempeln und ähnlichen Druckzylindern im wesentlichen aus Metall, insbesondere aus Stahl, bestehende Kolben verwendet, wobei allenfalls im äußeren Umfangsbereich des Kolbens aus elastischem Werkstoff bestehende Ringe, Hülsen und Dichtungselemente vorgesehen wurden. Offensichtlich war die Fachwelt bislang in der Vorstellung befangen, daß man bei hydraulischen Grubenstempeln oder ähnlichen Druckzylindern den Kolben mindestens in seinem Kern aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, herstellen müsse, obwohl dies wegen des relativ hohen Gewichtes derartiger Kolben und der erforderlichen, mit großer Genauigkeit vorzunehmenden Bearbeitung zahlreicher Flächen dieser Metallkolben mit erheblichen Nachteilen verbunden war. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kolben wird demgegenüber in völliger Abkehr von der bisherigen Entwicklungslinie der Kolben in seiner Gesamtheit mitsamt der an ihm vorgesehenen Dichtlippe einstückig aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt, was seine Herstellung gegenüber den bislang ausschließlich verwendeten, zumindest mit einem Metallkern versehenen Kolben wesentlich verbilligt. Im Gegensatz zu den bei den bekannten hydraulischen Grubenstempeln und ähnlichen Druckmittelzylindern für hohe Drücke vorgesehenen Kolben bedarf der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kolben keinerlei nachträglicher Bearbeitung. Vielmehr läßt er sich einschließlich der an ihm vorgesehenen Dichtlippe ohne weiteres in einem einzigen Arbeitsgang, beispielsweise im Schleudergußverfahren, herstellen. Ferner entfällt bei ihm das bei den vorbekannten Kolben meist erforderliche Einpassen der verschiedenen Teile des meist mehrteiligen Metallkerns des Kolbens. Auch die Befestigung des in seiner Gesamtheit einstückig aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellten Kolbens an dem Innenstempel, das vorzugsweise durch Verkleben erfolgt, ist wesentlich einfacher und billiger als das bei den bekannten Kolben regelmäßig notwendige Einschweißen des metallischen Kolbens in das Innenstempelrohr und kann auch von wenig geübten Arbeitskräften durchgeführt werden. Die Herstellungskosten von in dieser Weise ausgebildeten, in ihrer Gesamtheit einstückig aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellten Kolben belaufen sich nur auf einen Bruchteil der bekannten Kolben, die zumindest zum überwiegenden Teil aus Metall bestehen und meist aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind, die einer umständlichen, in der Regel spanabhebenden Bearbeitung bedürfen. Außerdem ergibt sich durch die Herstellung des gesamten Kolbens aus einem elastisch verformbaren Werkstoff der Vorteil einer wesentlichen Gewichtsersparnis, die insbesondere bei Verwendung

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derart ausgebildeter Kolben bei hydraulischen stückig auszubilden, weil man befürchtete, daß der Grubenstempeln von Bedeutung ist. Ferner hat die gesamte Kolben nach einem gewissen Verschleiß der Herstellung des gesamten Kolbens einschließlich der Dichtung unbrauchbar wird.

an ihm vorgesehenen Dichtlippe aus einem elastisch Da sich der Spannring mit einem in axialer Rich-

verformbaren Werkstoff den Vorteil, daß der Kolben 5 tung vorspringenden, ringförmigen Ansatz gegen die durch den im Druckraum herrschenden Druckmittel- Innenfläche der Dichtlippe abstützt und der Spanndruck in axialer Richtung zusammengepreßt und ring wenigstens in diesem Bereich aus einem elastisch hierdurch bis zu einem gewissen Grade in radialer verformbaren Werkstoff besteht, besteht keine Gefahr Richtung verfonnt und gegen die Wandung des einer Beschädigung oder Einkerbung der Dichtlippe Druckzylinders angepreßt wird, wodurch die Dicht- io beim Anziehen bzw. Nachstellen des Spannringes, wirkung der Dichtlippe unterstützt wird. Der erfin- Ferner ergibt sich hierdurch eine über die gesamte dungsgemäß vorgeschlagene Kolben kann sich somit Umfangslänge des Kolbens gleichmäßige Anpressung wie ein Pfropfen dem Stempelquerschnitt bis zu einem der Dichtlippe gegen die Innenwandung des Außengewissen Grade anpassen, insbesondere dann, wenn stempeis bzw. Druckzylinders, wobei sich außerdem er in an sich bekannter Weise mit einer Bohrung 15 eine relativ starke elastische Verformung der Dichtversehen ist, die die beiderseits des Kolbens befind- lippe erreichen läßt. Infolgedessen ist es ohne weiteres liehen Stempelräume druckmittelleitend miteinander möglich, die Dichtlippe relativ stark zu dimensionieren verbindet, so daß der Kolben auf zwei gegenüber- bzw. sie durch Einschnitte in der aus elastisch verliegenden Seiten vom Druckmitteldruck belastet ist. formbarem Werkstoff bestehenden Mantelfläche des Die Abdichtung durch den Stempelkolben wird hier- ao Kolbens herzustellen, da sich auch derart ausgebildete bei um so besser, je höher der auf beide Seiten des Dichtlippen ohne weiteres durch den ringförmigen Kolbens einwirkende Druckmitteldruck ist. Ansatz des Spannringes mit ausreichend großer Kraft

Des weiteren zeichnet sich der erfindungsgemäß gegen die Innenwandung des Druckzylinders vervorgeschlagene Kolben gegenüber den bislang bei spannen lassen.

hydraulischen Grubenstempeln und ähnlichen Druck- 25 Besonders vorteilhaft ist eine solche Anordnung zylindern für hohe Drücke ausschließlich verwendeten und Ausbildung der Dichtlippe bzw. des ringförmigen Kolben mit einem metallischen, insbesondere aus Ansatzes des Spannringes, daß sich.beim Anziehen Stahl bestehenden Kern dadurch aus, daß er gegen des Spannringes dessen ringförmiger Ansatz und die Korrosionserscheinungen praktisch unempfindlich ist, Dichtlippe des Kolbens in entgegengesetzter Richtung die bei den bekannten Bauarten durch das meist 30 elastisch verformen und die Dichtlippe gegen die aggressive Medien enthaltende, als Druckmittel ver- Innenwandung des Druckzylinders federnd angepreßt wendete Grubenwasser verursacht werden. wird. Dies hat vor allem den Vorteil, daß sich eine

Die mit dem aus einem elastisch verformbaren derart ausgebildete Dichtung in besonders starkem Werkstoff bestehenden Kolben einstückig ausgebildete Maße Ungenauigkeiten bzw. Unebenheiten der Innen-Dichtlippe kann durch den in axialer Richtung ver- 35 wandung des Außenstempels federnd sowie elastisch stellbar am Kolben angebrachten Spannring mit einer anzupassen vermag, ohne daß hierbei die Abdichtung relativ hohen Vorspannung gegen die Innenwandung des Druckraumes in irgendeiner Weise beeinträchtigt des Außenstempels bzw. Druckzylinders angepreßt wird. Außerdem lassen sich mittels des Spannringes werden. Diese Vorspannung muß naturgemäß so ge- auch größere Bearbeitungs- und Formtoleranzen des wählt werden, daß die zwischen Dichtlippe und 40 Außenstempels bzw. Druckzylinders ohne weiteres Zylinderwandung auftretende Reibung sowie der ausgleichen, so daß an dessen Herstellungsgenauigkeit Verschleiß der Dichtlippe nicht zu groß werden. Der sowie auch an die des Kolbens und der Kolbendich-Anpreßdruck kann hierbei indessen den jeweiligen tung wesentlich geringere Anforderungen gestellt zu Verhältnissen entsprechend geändert werden, wobei werden brauchen als bei den bekannten Dichtungen es insbesondere möglich ist, den durch die Bewegung 45 und praktisch jegliche Paßarbeit vermieden wird, des Kolbens im Druckzylinder auftretenden Ver- Darüber hinaus vermag sich die unter relativ hoher schleiß der Dichtlippe durch Nachstellen des Spann- Vorspannung an der Innenwandung des Druckringes auszugleichen. Infolgedessen läßt sich mit der Zylinders federnd anliegende Dichtlippe selbst größeerfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtungsausbil- ren Unebenheiten bzw. Ein- und Ausbeulungen der dung gegenüber den bekannten Manschettendich- 50 Zylinderwandung elastisch bzw. federnd anzupassen, tungen eine wesentlich größere Lebensdauer erreichen, ohne daß hierdurch die Wirksamkeit der Dichtung da auch ein stärkerer Verschleiß der Dichtlippe sich beeinträchtigt oder der Verschleiß vergrößert wird, in einfacher Weise sowie mit wenigen Handgriffen Die unter Federspannung an der Innenwandung des durch Nachstellen des Spannringes ausgleichen läßt, Außenstempels bzw. Druckzylinders anliegende ohne daß die Dichtung einschließlich des aus 55 Dichtlippe kann hierbei sowohl über nach innen vorelastischem Werkstoff bestehenden Kolbens in relativ springende, d. h. nach innen eingebeulte Flächenkurzen Zeitabständen erneuert werden muß. Daher abschnitte der Zylinderwandung unter entsprechender wird die Lebensdauer des Kolbens trotz der ein- Erhöhung der Federspannung des ringförmigen Anstückigen Ausbildung der Dichtlippe mit dem in satzes hinweggleiten als auch bei nach außen ausseiner Gesamtheit aus elastischem Werkstoff be- 60 gebeulten Flächenabschnitten unter Verringerung der stehenden restlichen Kolben in keiner Weise beein- Federspannung des ringförmigen Ansatzes desSpannträchtigt, da der zwangläufig auftretende Verschleiß ringes der Innenfläche des Zylinders zu folgen, ohne der Dichtlippe durch Nachstellen des Spannringes daß es zu einem Blockieren des Kolbens innerhalb ausgeglichen werden kann. Demgegenüber ist man des Außenstempels bzw. Druckzylinders kommt oder bislang offenbar nicht zuletzt deshalb davor zurück- 65 Undichtigkeiten befürchtet zu werden brauchen. Ein geschreckt, die Dichtung eines Kolbens für hydrau- derartiges federndes Anpassen der Dichtlippe auch lische Grubenstempel oder ähnliche Druckzylinder an stark verbeulte Innenwandungen des Außenfür hohe Druckmitteldrücke mit dem Kolben ein- stempeis oder Druckzylinders, wie sie im untertägigen

Grubenbetrieb häufig vorkommen, hat den Vorteil, daß sich solche bleibenden Verformungen der Zylinderwandung auf die Funktionsfähigkeit der Stempel bzw. sonstigen Druckzylinder nicht im mindesten auswirken und derart verbeulte Stempel bzw. Druckzylinder nicht — wie es bislang notwendig war — ausgebaut und zu Reparaturzwecken nach Übertage geschafft werden müssen, sondern weiterhin im Einsatz bleiben können. Dieses große Anpassungsvermögen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kolbens an Bearbeitungs- und Formtoleranzen bzw. bleibende Verformungen des Außenstempels bzw. Druckzylinders hat ferner den Vorteil, daß an die Herstellungsgenauigkeit des Kolbens, der Dichtung und des Außenstempels bzw. Druckzylinders wesentlieh geringere Anforderungen gestellt zu werden brauchen, als dies bei den bekannten Bauarten der Fall ist. Daher ist es bei Anwendung des erfmdungsgemäß vorgeschlagenen Kolbens ohne weiteres möglich, für den Außenstempel bzw. Druckzylinder ao handelsübliche Rohre oder sogar längsgeschweißte Rohre zu verwenden, die wesentlich größere Maß- und Formtoleranzen aufweisen als die bislang benötigten, spanabhebend bearbeiteten Präzisionsrohre, jedoch diesen gegenüber wesentlich billiger sind.

Dadurch, daß die Dichtlippe mit dem in seiner Gesamtheit aus einem elastisch verformbaren Werkstoff bestehenden Kolben einstückig ausgebildet ist, wird nicht nur die Herstellung, sondern auch die Montage des erfindungsgemäß vorgeschlagenen KoI-bens wesentlich vereinfacht, da sich nach dem Montieren des elastisch verformbaren Kolbenteiles die damit einstückig ausgebildete Dichtlippe zwangläufig in ihrer richtigen Lage befindet und fehlerhafte Montagen praktisch ausgeschlossen sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der ringförmige Ansatz des Spannringes im Querschnitt etwa keilartig bzw. dreieck- oder trapezförmig ausgebildet. Mittels eines derart ausgebildeten Spannringes läßt sich die Anpreßkraft der Dichtlippe gegen die Innenwandung des Druckzylinders innerhalb weiter Grenzen verändern, so daß sich dieselbe Dichtung ohne weiteres für stark unterschiedliche Druckmitteldrücke verwenden läßt.

Es empfiehlt sich, die äußere, der Dichtlippe zugekehrte Spannfläche des ringförmigen Ansatzes annähernd parallel zur Mantelfläche des Kolbens anzuordnen, während die innere Umfangsfläche des ringförmigen Ansatzes unter einem spitzen Winkel hierzu geneigt ist. Hierdurch ergibt sich beim Anziehen bzw. Nachstellen des Spannringes eine gewisse, nach außen gerichtete Keilwirkung des ringförmigen Ansatzes gegenüber der Dichtlippe, wodurch diese mit einer relativ großen Kraftkomponente gegen die Zylinderwandung angepreßt wird.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, den gesamten Spannring aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere einem kautschukähnlichen Kunststoff mit hoher Abriebfestigkeit, ausreichender Druck- und Scherfestigkeit, geringem Quellvermögen sowie hoher Säuren- und Laugenbeständigkeit herzustellen. Ein derartiger, vollkommen aus Kunststoff bestehender Spannring läßt sich besonders einfach und billig, beispielsweise durch Spritzgießen, herstellen und zeichnet sich außerdem durch ein gegenüber Metall geringeres Gewicht aus.

Die Dichtlippe ist vorzugsweise durch eine im Querschnitt etwa keil- oder dreieckförmige ringnutartige Ausnehmung der äußeren Mantelfläche des Kolbens gebildet. Bei einer derartigen Ausbildung der Dichtlippe ist die Herstellung des vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Kunststoff bestehenden Kolbens mitsamt der einstückig ausgebildeten Dichtlippe besonders einfach und ohne irgendwelche Nachbearbeitung durchzuführen. Der Kolben wird hierbei vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Kunststoff geringen Quellvermögens, hoher Abriebfestigkeit sowie hoher Säuren- und Laugenbeständigkeit hergestellt, so daß er den bei hydraulischen Grubenstempeln und sonstigen Druckzylindern für hohe Druckmitteldrücke auftretenden Beanspruchungen in jeder Weise gewachsen ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Spannring auf der der Kolbenmitte zugekehrten Innenseite des ringförmigen Ansatzes mit Ausnehmungen, Bohrungen od. dgl. versehen sein, durch welche sich der Druckmitteldruck bis zur Innenfläche des ringförmigen Ansatzes bzw. der Dichtlippe fortpflanzen kann. Hierdurch wird erreicht, daß die Dichtlippe zusätzlich zu der durch den Spannring ausgeübten Spannkraft auch durch den im Druckzylinder herrschenden Druckmitteldruck gegen die Zylinderwandung angepreßt wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 einen mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben ausgerüsteten hydraulischen Grubenstempel ausschnittsweise im Längsschnitt.

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens, gleichfalls ausschnittsweise im Längsschnitt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Anwendung der Erfindung bei dem Stempelkolben eines hydraulischen Grubenstempels. Hierbei ist mit 1 der Außenstempel und mit 2 der Innenstempel bezeichnet. Innerhalb des Außenstempels 1 ist ein am inneren Ende des Innenstempels angeordneter Kolben 3 druckmitteldicht und längsverschieblich geführt.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, besitzt der über seinen gesamten Querschnitt aus einem elastisch verformbaren Kunststoff geringen Quellvermögens, hoher Abriebfestigkeit sowie hoher Säuren- und Laugenbeständigkeit, z. B. Phoenolan oder VuI-kollan, bestehende Stempelkolben 3 an seiner dem inneren Ende des Innenstempels 2 abgekehrten Stirnseite eine mit dem Kolben einstückig ausgebildete Dichtlippe 4. Die Dichtlippe 4 ist durch eine im Querschnitt etwa dreieckförmige, zum Druckraum 5 hin offene ringnutartige Ausnehmung 6 des Kolbens 3 gebildet und ebenfalls dem Druckraum 5 zugekehrt.

Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, ist auf der dem Druckraum 5 zugekehrten Seite des Kolbens 3 ein mit diesem lösbar, z. B. mittels Gewinde 7, aufschraubbarer Spannring 8 befestigt, durch welchen die Dichtlippe 4 unter elastischer Verformung gegen die Innenwandung des Außenstempels 1 angepreßt ist. Das Gewinde 7 ist zweckmäßig als Trapez-, Rund- oder Flachgewinde ausgebildet.

Der Spannring 8 besitzt auf der der Dichtlippe 4 zugekehrten Stirnseite einen vorspringenden ringförmigen und im Querschnitt etwa keilartig ausgebildeten Ansatz 9. Die äußere, der Dichtlippe 4 zugekehrte Spannfläche 10 des ringförmigen Ansatzes 9 ist annähernd parallel zur Mantelfläche des Kolbens 3 angeordnet, während die innere Umfangs-

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fläche 11 des ringförmigen Ansatzes 9 unter einem spitzen Winkel hierzu geneigt ist.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, greift der Spannring 8 mit seinem ringförmigen Ansatz 9 hinter die durch die Ausnehmung 6 gebildete Dichtlippe 4 und preßt diese bei Aufschrauben des Spannringes 8 mittels des Gewindes? auf den Kolben3 bzw. den Ansatz 12 gegen die Innenwandung des Außenstempels 1 druckmitteldicht an. Der Spannring 8 besteht bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, z. B. Phoenolan oder Vulkollan, so daß beim Anziehen bzw. Nachstellen des Spannringes 8 dessen ringförmiger Ansatz 9 und die zugehörige Dichtlippe 4 in entgegengesetzter Richtung elastisch verformt werden.

Weiterhin besitzt der Spannring 8 auf der der Kolbenmitte zugekehrten Innenseite des ringförmigen Ansatzes 9 mehrere Ausnehmungen oder Bohrungen 13, durch welche sich der im Druckraum 5 herrschende Druckmitteldruck zu der Dichtlippe 4 fortpflanzen kann, so daß diese zusätzlich zu der durch den Spannring 8 aufgebrachten Verspannkraft auch durch den Druckmitteldruck gegen die Innenwandung des Außenstempels 1 angepreßt wird.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Grubenstempels besitzt der Kolben 3 eine ihn mittig durchdringende Bohrung 14, durch welche der durch den Außenstempel 1 gebildete Druckraum 5 mit dem durch den Innenstempel gebildeten Druckraum 5 α druclanittelleitend verbunden ist. Hierdurch wird zusätzlich zum Außenstempel auch der Innenstempel weitgehend von Längskräften entlastet, so daß beide Stempelteile im wesentlichen nur auf Platzdruck beansprucht skid.

Der Kunststoffkolben 3 besitzt ferner in seinem mittleren Längenbereich eine in Umfangsrichtung verlaufende, ringnutartige Ausnehmung 15 von etwa dreieckförmigem Querschnitt, durch die der Kolben gewissermaßen in axialer Richtung in zwei Abschnitte unterteilt wird. Da der Kolben aus einem elastisch verformbaren Kunststoff besteht, wird hierdurch eine begrenzte Abwinkelbarkeit zwischen den beiden Kolbenteilen erreicht. Der dem inneren Ende des Innenstempels 2 zugekehrte Längenabschnitt des Kolbens 3 kann mit dem Innenstempel 2 durch Kleben oder aber auch durch eine Schraubverbindung, gegebenenfalls unter zusätzlicher Einschaltung von Dichtungen und Metallhülsen, verbunden sein. .

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel dadurch, daß die Dichtlippe 4 im wesentlichen nur durch den auf den Kolbenansatz 12 aufgeschraubten Spannring 8 gegen die Innenwandung des Außenstempels 1 druckmitteldicht angepreßt wird, da den Spannring durchsetzende Bohrungen 13 fehlen.

Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen können am Kolben in axialer Richtung auch mehrere lippenförmig ausgebildete Dichtungen hintereinander angeordnet sein. Weiterhin ist es möglich, auf die flüssigkeitsleitenden Ausnehmungen bzw. Bohrungen 13 — entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform — des Spannringes vollkommen zu verzichten und statt dessen den Spannring mit einer derart großen ToIeranz herzustellen, daß sich der Flüssigkeitsdruck zwischen der Innenwandung des Druckzylinders, beispielsweise der Innenwandung des Außenstempels 1 und der äußeren Mantelfläche des Spannringes 8, zu der Dichtlippe 4 fortpflanzen kann und diese zusätzlich zu dem durch den Spannring 8 aufgebrachten Anpreßdruck gegen die Innenwandung des Außenstempels 1 anpreßt. Darüber hinaus ist es möglich, lediglich den ringförmig vorspringenden Ansatz 9 des Spannringes 8 aus einem elastisch verformbaren Werkstoff herzustellen, während der übrige Teil des Spannringes 8 aus einem starren Werkstoff, beispielsweise aus Metall, besteht und mit dem ringförmigen Ansatz 9 beispielsweise durch Vulkanisieren, Kleben oder durch eine Klemmverbindung verbunden ist.

Wenn auch der Stempelkolben 3 vorzugsweise über seinen gesamten Querschnittsbereich aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere Kunststoff, hergestellt wird, so ist es im Bedarfsfalle selbstverständlich auch möglich, den Stempelkolben 3 lediglich im Bereich seines Umfanges aus einem derartigen Werkstoff herzustellen. In diesem Falle wird die Dichtlippe bzw. -lippen mit dieser elastischen Ummantelung des Stempelkolbens einstückig ausgebildet, die dann auf einem aus starrem Werkstoff bestehenden Kolbenkörper, beispielsweise durch Vulkanisieren, Kleben od. dgl., befestigt wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Kolben für hydraulische Grubenstempel od. dgl., welcher mindestens im Bereich seines Umfanges· aus einem elastisch verformbaren Werkstoff besteht und eine damit einstückig ausgebildete, an der Innenwandung des Druckzylinders anliegende Dichtlippe aufweist, welche durch einen am Kolben lösbar befestigten Ring in ihrer Lage gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) in seiner Gesamtheit einstückig aus einem elastisch verformbaren Werkstoff hergestellt ist und daß gegen die Innenfläche der mit dem Kolben (3) einstückigen Dichtlippe (4) sich ein in axialer Richtung vorspringender ringförmiger Ansatz (9) eines in axialer Richtung verstellbaren Spannringes (8) abstützt, der wenigstens in diesem Bereich aus einem elastisch verformbaren Werkstoff besteht.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Ansatz (9) des Spannringes (8) im Querschnitt etwa keilartig bzw. dreieck- oder trapezförmig ausgebildet ist.

3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, der Dichtlippe (4) zugekehrte Spannfläche (10) des ringförmigen Ansatzes (9) annähernd parallel zur Mantelfläche des Kolbens (3) angeordnet ist, während die innere Umfangsfläche (11) des ringförmigen Ansatzes (9) unter einem spitzen Winkel hierzu geneigt ist.

4. Kolben nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Spannring (8, 9) aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere einem kautschukähnlichen Kunststoff mit hoher Abriebfestigkeit, ausreichender Druck- und Scherfestigkeit, geringem Quellvermögen sowie hoher Säuren- und Laugenbeständigkeit besteht.

5. Kolben nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe (4) durch eine im Querschnitt etwa keil- oder dreieckförmige, ringnutartige Ausneh-

mung (6) der äußeren Mantelfläche des Kolbens (3) gebildet ist.

6. Kolben nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannring (8) auf der der Kolbenmitte zugekehrten Innenseite des ringförmigen Ansatzes (9) mit Ausnehmungen, Bohrungen (13) od. dgl. versehen ist, durch welche sich der Druckmitteldruck bis zur Innenfläche (11) des ringförmigen Ansatzes (9) bzw. der Dichtlippe (4) fortpflanzen kann.

7. Kolben nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) auf der dem Druckraum (5) zugekehrten Seite einen mit einem Außengewinde versehenen zapfenförmigen Ansatz (12) besitzt, auf welchem

der mit einem Innengewinde (17) versehene Spannring (8) aufschraubbar ist.

8. Kolben nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) aus einem elastisch verformbaren Kunststoff geringen Quellvermögens, hoher Abriebfestigkeit sowie hoher Säuren- und Laugenbeständigkeit besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 063 098;
britische Patentschriften Nr. 682 474, 547 258;
USA.-Patentschriften Nr. 2 529 053, 2 658 809,
800 376;

belgische Patentschrift Nr. 509 458;
französische Patentschrift Nr. 1 202 063.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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