DE2612953B2 - 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 Stickstoffatmosphä^e umgeben ist, deren Dmckhöhe 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 Ventilschließdruck 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 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 Axialbohrung infolge des umfangsseitig auflastenden Gasdrucks. Ein weiterer Grund ist die fortschreitende Aufrauhung der Oberfläche der zentralen Axialbohrung, beginnend in dem dem Zulaufkanal zugewendeten Mündungsbereich. Dieser Mündungsbereich bildet nämlieh zugleich die Entspannungsstelle der in dem hydraulischen Arbeitsmedium gelösten Luft bei der schlagartigen Druckentspannung des Mediums auf den Atmosphärendruck. Die dabei explodierenden Luftblasen zerstören die Oberfläche der zentralen Axialbohrung 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

J5 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

■»ο wieder den gewünschten Dichteffekt zu erreichen, wie er bei einwandfreier Oberfläche der Axialbohrung vorhanden ist, muß die Stickstoffatmosphäre den Absperrkörper stärker zusammendrücken. Dies hat aber zur Folge, daß der die Stickstoffatmosphäre

■*5 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

M 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

y> 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

!'" 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 Ringrauni zwischen der zentralen Bohrung

■ > und dem Stützglied im Rahmen der Ausführurigsform der Fig. 5 bzw. im Falle der Ausführungsform der Fig. 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 Wiederschlieöen 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 bei 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 untertägigen 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 Axialbohrungen 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 Sintermaierial vor den membranartigen Abschlußorganen der Ventile anzuordnen. D'ese 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 dahintcrliegende 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 Walkbew:gungen ausgesetzt ist, um auf diese Weise die Lebensdauer des AbsDcrrkörpers zu erhohen 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- !astung 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 Sintermateriais ein D isseleffekt hervorgeruicn, der nicht nur den schlagsiüren Druckabbau vermeidet, sondern auch die Explosionen der im Arbeitsmedium eingeschlossenen Luftblasen im größtmöglichen Umfang verhindert bzw. diese Explosionen auf abrolut unschädliche Größenordnungen reduziert.

Aufgrund der feinporigen Gestaltung des Sintermateriais wird das Arbeitsmedium in geringvoluniigen 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

J) 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 eil.wandfrei vermieden werden. Die Folge hiervon ist. daß der Absperrkörper wesentlich langer funktionstüchtig bleibt. Dies ist dann im untertägigen Bergbau mit

4". den dort bestehenden erheblichen Wartungsproblemen mit besonderen Vorteilen behaftet. Durch die Länge des Sintermateriais sowie durch die Art und Dicke dieses Abschnitts kann ferner sehr feinfühlig die Zeitdauer bestimmt werden, in welcher der überhöhte Druck des

><> Arbeitsmediums auf eine unschädliche Größenordnung abgebaut werden soll.

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

gew ahrieisiendes Sintermaierial zu verwenden.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Weiterbildung k.irin es dünn von Vorteil sein, dal.! das Stützglied in (■■(irm eines schlanken Kegels ausgebildet ist. dessen im Durchmesser größerer Lndabschniti dem Ablaufkanal zugewendet ist. Andererseits kann es aber ebenso vorteilhaft sein.dal! das Stützglied .»if dem überwiegen din Teil seiner l.iinge zylindrisch und in dem dem Ablaiifkanal benachbarten findabschnitt konisch verdickt ausgebildet ist.

Die i.rfmdnng isl nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels niiher erläutert.

Mit 1 isl ein Druckbegrenzungsventil bezeichnet, das mit einem schaftartigen Ventilunterteil 2 in eine Gewindehohrung 3 druck ;ind flüssigkeitsdicht eingeschraubt ist. Die (icwindebohriing befindet sich in der Wand 4 eines einem nicht naher dargestellten

pels Mit 5 ist ein Dichtung bezeichnet. Die F.inschraubtiefe des Ventilschafts 2 wird durch einen Ringflansch β begrenzt, der sich an der Außenseite 7 der Stcmpclwand 4 abstutzt Der Ventilschaft weist ferner einen zentralen /ulaufkanal 8 auf. der mit dem Druckraum 9 des Stempels standig in Verbindung steht

Mit 10 isi ein gehäuscartiger Oberteil des Druckbe grenzungsventils I bezeichnet. Die Festlegung des Ventilgehäuse«, am Ventilschalt 2 erfolgt dadurch, dal! der de Stempelwand 4 zugewendete kreisringförmig gestaltete Fndabschnitt 11 des Ventilgehäuses stramm auf einen gegenüber dem Ringflansch 6 vorstehenden /,lpfenarligen f ortsatz 12 geschoben wird, bis die virnflache Π des Lndabschnitts an der äußeren Kreisringflachc 14 des Ringflansches 6 zur Anlage gelangt. Die axiale Festlegung der beiden Gehäuseteile wird curch einen Stahldraht 15 bewirkt, der vom Auüenumfang des Ventils her in cmc kreisförmige Ausnehmung eingeschoben wird, welche von halbschalenartigen Nuten lh und 17 in der Oberfläche des I ortsatzes 12 bzw m der inneren Oberflache des Lndabschnius 11 gebildet wird.

Das freie Lnde des \ cntilgehäuscs 10 weist einer, zentralen, in die ,Atmosphäre mündenden Ablaufkanal 18 auf Dieser ist im Abstand von aer Frontseite 19 des Gehair.es im Durchmesser vergrößert ausgebildet und nimmt in diesem Bereich 20 ein aus einem harten Kunststoff bestehendes Zentrierstück 21 auf. Das mit einer Längsbohrung 22 versehene Zentrierstück besitzt an beiden Fndabschnitten ic einen im Durchmesser verkleinerten Zapfen 23 bzw. 24. Der Zapfen 23 ist mit strammen Spie' ir, den im Durchmesser kleineren l.angerabschnin 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 Obergangsbereich von dem im Durchmesser kleineren Längenabschnitt des Ablaufkanals auf die dazu rechtwinklige Kreisringfläche 26 des im Durchmesser größeren Längenabschnitts 20 herbeigeführt werden.

Der Zapfen 24 des Zentrierstücks 21 ist am Außenumfang in Längsrichtung leicht ballig ausgebildet und wird von einem kreisriiigförmigen Lndabscliriill 27 eines hinsichtlich seiner Außenkontur diaboloförmig gestalteten Absperrkörpers 28 umfaßt. Der andere Fndabsclinitl 29 des Absperrkörpers ist ebenfalls kreisringförmig gestaltet, weist jedoch einen V-förmigen Innenqucrschnitt 30 auf. Die Wandungen dieses Lndabschnitls liegen in einer entsprechend gestalteten V-förmigen Ringnute 31 des Fortsatzes 12. Die !Anspannung wird dadurch unterstützt, daß das Ventilgehäuse 10 mit einem inneren Kragen 32 einen Ringflansch 31 des Absperrkörpers 28 gegen die Stirnfläche 34 des I ortsatzes preßt. Der Absperrkörper ist folglich sowohl am Ventilgehäuse als auch am Ventilschaft druck-, gas- und flüssigkeitsdicht festgelegt. Der Absperrkörper 28 weist ferner eine zentrale Axialbohrung 35 auf. die somit auf der einen Seile mit dem Zuliiufkanaleim Ventilschaft 2 und auf der anderen Seite mit der Längsbohrung 22 im Zentrierstück 21, d. h.

In die A:ualbohrung ist ein fingerartiges Stützglied 36 dngeseui. Das Stützglied ist über den wesentlichen Teil 37 seiner Lange zylindrisch und in dem dem Zentner-Mück benachbarten Lndabsehnitt 38 konisch verdickt ausgebildet. Ls besteht überwiegend aus Stahl und weist 'in mittleren l.ängenbercich einen feinporigen flüssig-Kt'ilsporösen Abschnitt 39 aus Sintermaterial, insbesondere Sinterbronze, mit einer Bohrung 40 auf. Diese Bohrt¹ "¹J' steht mit einer Bohrung 41 des Stützglieds in Verbindung, die in die Bohrung 22 des Zentrierstücks 21 mündet.

Der hinsichtlich seiner Außenkontur diaboloförmig .ausgebildete miniere l.ängcnabschnitt des Absperrkörners 28 liegt in einer vergrößerten Ausnehmung 42 des Ventilgehäuses 10. die mit einer Stickstoffatmosphäre gefüll! isl. welche unter einem Druck von beispielsweise 500 bar stein. Dieser Druck bewirkt, daß die Wand 43 des aus einem federnd elastischen Werkstoff, wie z. B. synthetischen Kautschuk, bestehenden Absperrkörpers iin die Oberfläche 44 des Stülzglieds angepreßt und dadurch der Spalt zwischen dem Stützglied und dem Absperrkörper einwandfrei abgedichtet wird, so daß das in dem Zulaufkanal 8 anstehende Arbeitsmedium an einem Ausströmen bzw. an einem Druckabbau gehindert ist.

F.rhöht sich nunmehr der Druck im Arbeitsraum 9 des Stempels über den Linstelldruck dtr Stickstoffatmospha're in der Ausnehmung 42. so tritt das Arbeitsmedium in den Spalt zwischen dem Stützglied 36 und dem .Absperrkörper 28 ein. erweitert diesen Spalt langsam und unterliegt hierdurch einem geringen Vorab-Druckabbau. Bei Erreichen des Sintermaterials 39 er. .spannt sich der Druck des Arbdtsmediums 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 der Stickstoffatmosphäre, so wird der Absperrkörper durch das Druckgas wieder einwandfrei an die Oberfläche des Stützglieds angepreßt und das Arbeitsmedium an einem Ausströmen bzw. an einem weiteren Druckabbai gehindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 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 .".ach 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) seit—τ Länge zylindrisch und in dem dem Ablajfkanal (18) benachbarten Endabschnitt (38) konisch verdic' : ausgebildet ist.