<Desc/Clms Page number 1>
Überdruckventil, insbesondere für hohe Drücke
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
ist dies bei der Verwendung derartiger Ventile als Überdruckventile für hydraulische Grubenstempel bzw. andere hydraulische Ausbauelemente für den untertägigen Grubenbetrieb, da diese hydraulischen Ausbauelemente in engen Grubehräumen sowie unter schwierigen Arbeitsbedingungen transportiert sowie ein-und ausgebaut werden müssen.
Bei Absperrhähnen, beispielsweise Wasserhähnen, ist es bereits seit Jahrzehnten bekannt, aus einem elastischen bzw. kautschukartigen Werkstoff bestehende Formkörper zu verwenden, welche das Absperrorgan dieser Hähne im Schliesssinne belasten.
Es handelt sich hiebei jedoch nicht um Überdruckventile und erst recht nicht um Überdruckventile für hohe Drücke, sondern um einfache Absperrhähne für Druckmedien, die nur unter einem sehr geringen Druckmitteldruck stehen. Ausserdem wirkt sich bei diesen bekannten Absperrhähnen der Druckmitteldruck auf den Absperrkörper nicht im Öffnungssinne aus, sondern entweder überhaupt nicht oder aber im Schliesssinne.
Bei einem bekannten Absperrhahn, bei dem sich der Druckmitteldruck auf den Absperrkörper im Schliesssinne auswirkt, ist ein Ventilgehäuse vorgesehen, wie es früher beispielsweise als Wasserzapfstelle auf Strassen, Plätzen u. dgl. verwendet wurde. Innerhalb des Ventilgehäuses sind Absperrkörper und Ventilsitz derart angeordnet, dass sich der Absperrkörper entgegengesetzt zur Durchflussrichtung des Wassers vom Ventilsitz abheben muss, um die Durchflussöffnung freizugeben. Der Absperrkörper ist am unteren Ende einer Spindel angeordnet, welche mit ihrem oberen Ende aus dem Ventilgehäuse herausragt und mit einem Handhebel zur Betätigung des Absperrkörpers versehen ist.
Diese Spindel wird in ihrem oberen, dem Handhebel zugekehrten Bereich von einem in Längsrichtung durchbohrten Formkörper aus Gummi umschlossen, der im übrigen jedoch als praktisch massiver Ball ausgebildet ist. Dieser Formkörper ist so ausgebildet und innerhalb des Ventilgehäuses derart angeordnet, dass er beim Loslassen des Handhebels nach einem voraufgegangenen Öffnen des Absperrhahnes die durch seine Längsbohrung geführte Spindel nach oben drückt und damit den Absperrkörper wieder zuverlässig gegen seine Dichtfläche anpresst.
Hiedurch soll gewährleistet werden, dass nach jeder Betätigung des als Wasserhahn für öffentliche Brunnen, Wasserbehälter od. dgl. dienenden Absperrorgans dieses selbsttätig wieder geschlossen wird, so dass Wasserverlust bzw. ein unerwünschtes Austreten des Wassers infolge Unachtsamkeit der den Absperrbahn betätigenden Personen vermieden wird.
Bei einem andern bekannten Absperrhahn, bei dem sich der Druckmitteldruck auf den Absperrkörper weder im Öffnungs- noch im Schliesssinne auswirkt, ist innerhalb des Ventilgehäuses einimwesentlichen zylindrischer, aus Gummi bestehender Formkörper angeordnet, der gleichzeitig als Absperrkörper und als Federelement des von Hand zu betätigenden Absperrhahnes dient. Dieser Formkörper ist in ähnlicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen bekannten Bauart in seiner Längsrichtung durchbohrt, wobei in die Bohrung eine Spindel eingesetzt ist, welche gleichfalls mit ihrem oberen Endabschnitt aus dem Ventilgehäuse herausragt und dort mit einem Handhebel zur Betätigung des sowohl als Federelement als auch als Absperrkörper dienenden Formkörpers versehen ist.
Durch Schwenken des Handhebels wird der Formkörper mit Hilfe der Spindel in axialer Richtung unter Vergrösserung seiner radialen Abmessungen zusammengepresst, wobei er sich vom Ventilsitz abhebt und ein Durchtreten des Druckmittels durch die Ventilöffnung ermöglicht. Sobald der Handhebel in seine Ausgangsstellung zurückgeschwenkt wird, dehnt sich der elastische Formkörper wieder in axialer Richtung aus und dichtet den Ventilsitz dieses Absperrhahnes ab.
In beiden Fällen handelt es sich somit bei dem aus einem gummiartigen Werkstoff bestehenden Formkörper um ein Organ, welches bei einem Absperrhahn, der nur für geringe Druckmitteldrücke geeignet ist, nach der ausschliesslich von Hand vorzunehmenden Öffnung des Absperrorgans gewährleistet, dass der Absperrkörper wieder zuverlässig und selbsttätig gegen seine Sitzfläche angepresst wird. Mit dem Federelement eines Überdruckventils, vor allem jedoch eines Überdruckventils für hohe Druckmitteldrücke, welches so ausgebildet sein muss, dass der Absperrkörper bei einem genau vorbestimmten Druckmitteldruck von seinem Ventilsitz abgehoben wird und eine Druckentlastung ermöglicht, lassen sich die bei den beiden vorstehend behandelten bekannten Absperrhähnen verwendeten elastischen Formkörper nicht vergleichen.
Selbst dann, wenn man die beiden vorstehend behandelten, bereits seit Jahrzehnten zum Stande der Technik gehörenden Absperrhähne konstruktiv sm umgestalten würde, dass sie als Überdruckventil zu wirken vermöchten, so würde dies zu völlig unbrauchbaren Konstruktionen führen, da es zur Vermeidung der eingangs geschilderten Mängel und Nachteile der mit metallischen Schliessfedern ausgerüsteten Überdruckventile nicht genügt, ihre metallischen Schliessfedern durch aus einem kautschukartigen Werkstoff bestehende Formkörper zu ersetzen.
Der Grund hiefür ist vor allem darin zu sehen, dass sowohl Gummi als auch die gebräuchlichen kaut- schukartigen Kunststoffe eine für die Verwendung als Federelement eines Überdruckventils viel zu geringe
<Desc/Clms Page number 3>
Shorehärte und einen viel zu niedrigen Elastizitätsmodul aufweisen, der ausserdem stark temperaturabhängig ist. Die gebräuchlichen kautschukartigen Kunststoffe besitzen im Höchstfalle eine Shorehärte von etwa 60 Shore A und einen Elastizitätsmodul, der bei den normalerweise in Frage kommenden Temperaturen weit unter 100 kg/cm liegt. Bei den üblichen Gummisorten, wie sie auch bei den zuvor be- handelten Absperrhähnen verwendet werden, liegen die entsprechenden Härte- und Elastizitätswerte noch weit niedriger.
Infolgedessen sind Naturgummi sowie auch alle gebräuchlichen kautschukartigen Kunststoffe für die Herstellung vonFederelementen für Überdruckventile, die auch nur mässige Drücke zu über- wachen haben, viel zu weich und viel zu nachgiebig. Ausserdem ist der Elastizitätsmodul dieser Werkstoffe in solchem Masse temperaturabhängig, dass sich jede Temperaturänderung in erheblichem Masse auf die Federcharakteristik der Ventilfeder und damit auf die Öffnungscharakteristik des Ventils auswirken wurde.
Schliesslich sind Gummi und die gebräuchlichen kautschukartigen Kunststoffe für die Herstellung von Schliessfedern für Überdruck-oder Sicherheitsventile auch deshalb völlig ungeeignet, weil aus ihnen hergestellte Federn eine völlig wild und unkontrollierbar streuende Hysteresis besitzen, so dass einmal der Öffnungs- und der Schliessdruck eines mit einem solchen Federelement ausgerüsteten Ventils erheblich voneinander abweichen und zum zweiten ausserordentlich starke Schwankungen des Öffnungs- und Schliessdruckes auftreten würden, die völlig untragbar wären.
Es ist daher gänzlich ausgeschlossen, aus Gummi oder den üblichen gummiartigen Kunststoffen Federelemente herzustellen, die eine auch nur einigermassen gleichbleibende Federcharakteri- stik besitzen und damit eine auch nur halbwegs gleichbleibende Öffnungscharakteristik eines mit einem solchen Federkörper ausgerüsteten Ventils gewährleisten. Infolge der geringen Alterungsbeständigkeit von Gummi sowie auch von zahlreichen kautschukartigen Kunststoffen würde sich ferner die Federcharakteristik von aus solchen Werkstoffen hergestellten Federkörpern vom Zeitpunkt der Herstellung des Federkörpers an laufend ändern.
Ein exaktes sowie über längere Zeiträume gleichbleibend genaues Ansprechen eines mit einem solchen, aus Gummi oder einem kautschukartigen Kunststoff bestehenden Federkörper ausgerüsteten Ventils ist daher nicht zu erreichen. Ein mit einem solchen Gummi- oder Kunststoffederkörper ausgerüstetes Ventil wäre kein Sicherheitsventil, sondern ein grosser Unsicherheitsfaktor, da es praktisch ausgeschlossen ist, ein Öffnen dieses Ventils bei einem vorherbestimmten und jeweils auch nur annähernd gleich hohen Druck- mitteldruck zu erreichen.
Bei den bekannten Bauarten spielen diese Nachteile von aus Gummi oder den gebräuchlichen kautschukartigen Kunststoffen bestehenden Federkörpern keine Rolle, da sie lediglich dazu dienen, um bei einem von Hand zu betätigenden Absperrhahn zu gewährleisten, dass der von dem überdies sehr geringen Druckmitteldruck nicht im Öffnungssinne belastete Absperrkörper nach dem von Hand vorgenommenen Öffnen des Absperrhahnes wieder zuverlässig in seine Schliessstellung zurückbewegt wird.
Als Federelement für einüberdruck-oder Sicherheitsventil wären jedoch solche aus normalem Gummi oder einem gummi- ähnlichen Kunststoff bestehende Federelemente völlig unbrauchbar, da man von einem Überdruck- oder Sicherheitsventil verlangt, dass es bis zu einem genau definierten Ansprechdruck absolut dicht schliesst und dann innerhalb eines sehr kleinen Druckintervalls"unabhängig von der Einsatzdauer, der Ansprechhäufigkeit sowie der Schnelligkeit des Druckanstieges - sich in jeweils genau der gleichen Weise öffnet und bei Absinken des Druckmitteldruckes unter den Ansprechdruck wieder zuverlässig schliesst, wobei Öffnungsdruck und Schliessdruck praktisch gleich sein müssen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein insbesondere für hohe Drücke bestimmtes Überdruckventil zu schaffen, bei welchem unter Verwendung eines Federelementes, das als aus einem kautschukartigen Werkstoff bestehender Formkörper ausgebildet ist, die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Überdruckventile vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Formkörper aus einem extrem harten und besonders strukturfesten Elastomer besteht, welches eine Shorehärte A von mindestens 800 und einenElastizitätsmodul (bei Zimmertemperatur) von mindestens etwa 100 kg/cm2 besitzt und dass der Formkörper zur möglichst weitgehenden Verringerung bzw. Vorwegnahme seiner Restverformung bis weit über seine im normalen Betrieb auftretende Druckbeanspruchung vorgepresst ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass aus der überaus grossen Anzahl der gummiartigen Werkstoffe sowie aus der immer noch sehr grossen Zahl der kautschukartigen Kunststoffe ein sehr kleiner Teil, nämlich diejenigen Elastomere, die extrem hart und besonders strukturfest sind sowie eine Shorehärte A von mindestens etwa 800 und einen Elastizitätsmodul (bei Zimmertemperatur) von mindestens etwa 100 kg/cm2 besitzen und die ferner zur möglichst weitgehenden Verringerung bzw. Vorwegnahme ihrer Restverformung bis weit über ihre im normalen Betrieb auftretende Druckbeanspruchung vorgepresst worden sind, völlig überraschende und nicht vorhersehbare Federungseigenschaften aufweisen, die sich für die Herstellung von Ventilfederkörpern hervorragend eignen.
Hiebei war es zunächst erforderlich, aus der ausserordentlich grossen und selbst von einem hervorragenden Fachmann nicht mehr zu übersehen-
<Desc/Clms Page number 4>
den Vielzahl von gummiartigen Werkstoffen und der kaum geringeren Anzahl von kautschukartigen Kunststoffen diejenige, ausserordentlich kleine Gruppe herauszufinden, die sich-was weder zu erwarten noch vorherzusehen war-in ganz besonderer Weise für den der Erfindung zugrunde liegenden besonderen Zweck eignet. Ausserdem bedurfte es noch der Erkenntnis, dass der aus der allein in Frage kommenden eng begrenzten kleinen Kunststoffgruppe bestehende und ganz spezielle Eigenschaften aufweisende Federkörper bis weit über seine im normalen Betrieb auftretende Druckbeanspruchung vorgepresst werden muss, um seine Restverformung möglichst weitgehend zu verringern bzw. völlig vorwegzunehmen.
Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Vorpressung des Kunststofformkörpers unbedingt erforderlich ist, um die grosse Hysteresis aller kautschukartigen Kunststoffe, u. zw. auch der von der Erfindung als allein brauchbar erkannten kleinen Kunststoffgruppe,. auf ein solches Mass zu verringern, dass mit solchen Kunststoffederkörpern ausgerüstete Ventile für die Praxis brauchbar sind bzw. um dem Kunststoffederkörper eine im Dauerbetrieb mit hinreichend grosser Genauigkeit gleichbleibende Federcharakteristik zu geben, die unabdingbare Voraussetzung dafür ist, dass das mit einem solchen Kunststoffederkörper ausgerüstete Ventil eine über seine gesamte Einsatzzeit gleichbleibende Öffnungscharakteristik besitzt.
Auch verhältnismässig harte kautschukartige Kunststoffe würden ohne dieerfindungsgemäss vorgeschlagene Vorpressung des Formkörpers nach dem Ansprechen des Ventils eine gewisse, Restverformung aufweisen, die zur Folge hät- te, dass das Ventil nach dem erstmaligen Öffnen nicht beim Öffnungsdruck, sondern bei einem etwas niedriger liegenden Druck schliessen würde. Dieser niedrigere Schliessdruck würde dann dem Öffnungsdruck des Ventils für das zweite Ansprechen entsprechen, bei welchem es wieder zu einer Verringerung des Schliessdruckes und damit des Öffnungsdruckes für das nächstfolgende Ansprechen käme.
Auf diese Weise ergäbe sich Insbesondere bei Ansprechdrücken von mehreren hundert Atmosphären, wie sie beispielsweise bei hydraulischen Grubenstempeln allgemein üblich sind, nicht nur eine starke Hysteresis des aus Kunststoff bestehenden Federkörpers, sondern ausserdem eine laufende Veränderung der Öffnungscharakteristik bzw. ein fortschreitendes Absinken des Öffnungsdruckes, was derart ausgebildete Ventile für alleAnwendungszwecke, bei denen es auf die Einhaltung eines ständig gleichbleibenden Ansprechdruckes ankommt, unbrauchbar machen würde. Diese äusserst nachteilige Wirkung tritt naturgemäss in noch weitaus stärkerem Masse ein, sofern man den Federkörper des Ventils aus einem der üblichen kautschukartigen Kunststoffe mit mittlerer Shorehärte von etwa 20 bis 60 Shore A herstellt.
Bei derartigen Kunststoffen lassen sich diese nachteiligen Eigenschaften auch durch eine etwaige Vorpressung des Formkörpers nicht beseitigen. Bei einem aus Gummi bestehenden Formkörper wäre eine solche Vorpressung zur möglichst weitgehenden Vorwegnahme der Restverformung überhaupt nicht möglich, da hiezu die Strukturfestigkeit von Gummi bei weitem nicht ausreicht.
Lediglich bei extrem harten und besonders strukturfesten Elastomeren mit einem Shorehärtegrad von m1ndestens etwa 800 Shore A und einem Elastizitätsmodul von mindestens etwa 100 kg/cm2 (bei Zim- mertemperatur) lässt sich die Restverformung so weitgehend verringern, dass sie praktisch als vorweggenommen angesehen werden kann. Die Folge hievon ist, dass der Kunststoffederkörper bei den beim Ansprechen des Ventils auftretenden hohen Druckbelastungen, u. zw. auch bei einem sehr häufigen Ansprechen-keinerlei bleibende Verformung mehr erfährt. Durch eine derartige Vorpressung wird zwar auch das elastische Formänderungsvermögen des Formkörpers etwas verringert, jedoch vermag dieser auch nach der Vorpressung ohne weiteres zum Öffnen des Ventils in ausreichendem Masse federnd elastisch nachzugeben.
Anderseits wird durch die Vorpressung des Formkörpers jedoch der wesentliche Vorteil erzielt, dass der aus Kunststoff bestehende Federkörper nicht nur eine sehr kleine Hysteresis, d. h. eine sehr geringe Abweichung zwischen dem Öffnungs- und Schliessdruck des Ventils, sondern auch eine über lange Betriebszeiten mit grosser Genauigkeit gleichbleibende Öffnungscharakteristik aufweist, d. h., dass der Öffnungs-und Schliessdruck des Ventils während seiner gesamten Einsatzdauer mit grosser Genauigkeit gleich bleibt.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildetes, aus Kunststoff bestehendes Federelement besitzt gegenüber den bekannten, insbesondere aus Stahl bestehenden Ventilfedern den Vorteil einer wesentlich einfacheren und um ein Vielfaches billigeren Herstellung, da ein derartiger, aus Kunststoff bestehender Formkörper beispielsweise durch Pressen, Spritzen, Schleudern oder Giessen hergestellt werden kann und im Gegensatz zu den bekannten Metallfedern keinerlei nachträglicher Oberflächenbearbeitung bedarf.
Infolgedessen belaufen sich die Herstellungskosten des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Ventils bei gleichem Ansprech- druck und gleichem Öffnungsquerschnitt nur auf einen kleinen Bruchteil, beispielsweise etwa ein Zehntel, der Herstellungskosten eines mit einer metallischen Schliessfeder ausgerüsteten Überdruckventils, so dass schon allein aus diesem Grunde die Erfindung eine wesentliche Verbesserung gegenüber den bekannten Überdruck- und Sicherheitsventilen mit sich bringt. Trotz dieser wesentlich geringeren Herstellungskosten
<Desc/Clms Page number 5>
sind jedoch die Federungseigenschaften des bei dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Ventil verwendeten Kunststoffederkörpers wesentlich günstiger und besser als die der bekannten metallischen Schliessfedern.
Des weiteren weist das erfindungsgemäss vorgeschlagene Ventil gegenüber den bekannten Überdruckund Sicherheitsventilen den Vorteil eines wesentlich einfacheren Aufbaues und einer geringeren Zahl von Einzelteilen auf, was deren Zusammenbau bzw. deren laufende Überwachung und Wartung erheblich vereinfacht und überdies eine weitere Minderung der Herstellungskosten zur Folge hat. Der aus einem extrem harten und besonders strukturfesten Elastomer bestehende Federkörper ist weitgehend unempfindlich gegen aggressive Wässer, gegen Öl, Basen und Säuren, so dass seine Federcharakteristik auch unter ungünstigen bzw. rauhen Arbeitsbedingungen, wie sie beispielsweise in für den Untertagebetrieb bestimmten hydraulischen Grubenstempeln gegeben sind, durch derartige Einflüsse praktisch keinerlei Veränderung erfährt..
Da bei einem solchen, aus einem besonders harten und strukturfesten Elastomer bestehenden Formkörper im Gegensatz zu den meist aus mehreren, übereinander angeordneten Tellerfedern bestehenden Schliessfedern der bekannten Ventile lediglich eine gewisse innere Walkarbeit, jedoch praktisch keinerlei äussere Reibung eintritt, wird auch die bei den bekannten Ventilen unvermeidliche Veränderung der Öffnungscharakteristik des Ventils durch Korrosion und Abrieb der Federelemente vermieden, so dass sich eine über sehr lange Betriebszeiten praktisch gleichbleibende Öffnungscharakteristik und damit eine gegenüber den bekannten Ventilen um ein Vielfaches längere Lebensdauer ergibt.
Schliesslich zeichnet sich das erfindungsgemäss vorgeschlagene Ventil noch durch ein gegenüber den bekannten, durch metallische Schliessfedern belasteten Überdruckventilen wesentlich geringeres Gewicht sowie durch erheblich kleinere Abmessungen aus, was vor allem für seine Verwendung bei transportablen Gegenständen, wie z. B. hydraudraulischen Grubenstempeln für den untertägigen Grubenbetrieb, von besonderer Bedeutung ist.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Formkörper als homogenen Vollkörper von im wesentlichen zylindrischer oder prismatischer Grundform auszubilden. Ein derartiger Formkörper lässt sich auf ausserordentlich einfache Weise und zudem billig herstellen, beispielsweise durch Strangpressen, Giessen oder Spritzen, gegebenenfalls in Form eines endlosen Stranges. der anschliessend dann durch einen einfachen Schneidvorgang unterteilt und auf die jeweils erforderliche Länge zurechtgeschnitten wird. Ferner empfiehlt sich im allgemeinen eine in bezug auf die Öffnungsrichtung des Ventils rotationssymmetrische Ausbildung des Formkörpers.
Derart ausgebildete, insbesondere zylindrische Formkörper zeichnen sich ausser durch ihre einfache und billige Herstellung ferner durch besonders günstige Federungseigenschaften sowie durch verhältnismässig kleine Abmessungen auch bei hohen Federkräften aus, so dass sie mit zu einer besonders gedrängten und kompakten Bauweise des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Ventils beitragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Formkörper in Öffnungsrichtung des Ventils grössere Abmessungen als quer dazu. Als besonders zweckmässig hat sich bei im wesentlichen zylindrischer Ausbildung des Formkörpers ein Verhältnis der Abmessungen in Öffnungsrichtung des Ventils und quer dazu von etwa 7 : 5 herausgestellt. Bei derartigen Formkörpern ergibt sich ein Formfaktor, d. h. ein Verhältnis der druckbelasteten Oberfläche zur freien, d. h. nicht druckbelasteten Oberfläche, von etwa 0, 18, der sich vor allem für Druckmitteldrücke von etwa 350 Atmosphären als besonders günstig herausgestellt hat. Es ist jedoch auch möglich, mit etwas kleineren bzw. etwas grösseren Formfaktoren des Formkörpers, in dem Bereich zwischen etwa 0,15 und 0,20 zu arbeiten.
Als druckbelastete Oberfläche ist bei einem zylindrischen Formkörper, wie er bei der Erfindung in erster Linie verwendet wird, nur eine der beiden Grundflächen des Körpers - obwohl beide Grundflächen druckbelastet sind-in die Verhältnisgleichung für die Ermittlung des Formfaktors einzusetzen, während als freie Oberfläche die Zylindermantelfläche des Formkörpers einzusetzen ist.
Bei einer besonders zweckmässigen Ausführungsform besteht der Formkörper aus einem kautschukartigen Kunststoff mit einer Shorehärte A von etwa 950 und einem Elastizitätsmodul (bei Zimmertemperatur) von etwa 800 bis 1000 kg/cm2. Die günstigsten Eigenschaften weisen hiebei alterungsbeständige und und abriebfeste Polyurethan-Kautschuke mit einer Shorehärte von etwa 950 Shore A auf. Derart extrem harte Polyurethan-Kautschuke zeichnen sich nicht nur durch einen besonders hohen und von Temperatur- änderungen relativ unabhängigen Elastizitätsmodul von etwa 1000 kg/cm2 aus, sondern haben darüber hinaus den Vorteil einer sehr geringen Hysteresis und sind ausserdem ausserordentlich beständig gegen aggressive Medien, Öl, Benzin und Sauerstoff.
Schliesslich zeichnen sich derartige extrem harte Polyurethan-Kautschuke auch durch eine sehr hohe Abriebfestigkeit und Strukturfestigkeit aus, während sie anderseits leicht im Press-, Giess- oder Schleudergussverfahren zu verarbeiten sind.
In aller. Regel empfiehlt es sich, den Formkörper bis mindestens auf das Doppelte seiner beim Ansprechdruck auftretenden Druckbeanspruchung vorzupressen. Insbesondere bei Formkörpern, die in Öffnungsrichtung des Ventils grössere Abmessungen besitzen als quer dazu, erfolgt diese Vorpressung in der
<Desc/Clms Page number 6>
Weise, dass der Formkörper inRichtung der im Betrieb auftretenden Druckbeanspruchung um etwa 2Clo ge- genüber seiner Ausgangslänge in dieser Richtung zusammengepresst wird. Durch eine solche Vorpressung erhält man einen Federkörper, der nahezu hysteresisfrei ist und bei einem auch bei längerer Einsatzdauer praktisch unveränderten Druckmitteldruck öffnet und schliesst.
Der Querschnitt des aus Kunststoff bestehenden Formkörpers wird im allgemeinen so gewählt, dass dieser beim Ansprechen des Ventils mit einem Flächendruck von etwa 50 bis 60 kg/cm2 belastet ist. Ein derartiger Formkörper wird dann gemäss vorstehendem mit einer Flächenbelastung von mindestens 100 bis 120 kg/cm2 vorgepresst. wodurch die Restverformung eines derartigen Formkörpers mit einer für den praktischen Betrieb ausreichenden Genauigkeit beseitigt wird.
Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung ist der aus Kunststoff bestehende Formkörper auf mindestens einer seiner quer zur Öffnungsrichtung angeordneten Grundflächen mit einem vorzugsweise als plattenartiger Metallkörper ausgebildeten starren Abstützelement versehen. Ein derartiges Abstützelement gewährleistet eine gleichmässige Kraftübertragung auf den gesamten Querschnitt des aus Kunststoff bestehenden Federkörpers auch in den Fällen, in denen die mittelbar auf den Formkörper einwirkenden Kräfte nur auf einem Teil seines Querschnittes angreifen.
Wird beispielsweise ein derartiger, insbesondere plattenartige, Metallkörper auf der dem Ventilsitz zugekehrten Grundfläche des aus Kunststoff bestehenden Formkörpers angeordnet. so lässt sich auch bei einem gegenüber dem Öffnungsquerschnitt des Ventils wesentlich grösseren Querschnitt des Formkörpers eine im wesentlichen gleichmässige Druckbeanspruchung desselben durch den Druckmitteldruck über seinen gesamten Querschnitt erreichen.
Das oder die Abstützelemente werden zweckmässig mit der oder den Grundflächen des Formkörpers, beispielsweise durch Kleben, Vulkanisieren, Einpassen od. dgl. druck-, schub-und torsionsfest verbunden. Ausserdem oder gegebenenfalls auch stattdessen können ferner das oder die Abstützelemente den Formkörper auf einem geringen Teil seiner Länge hülsenförmig umschliessen. Hiedurch wird nicht nur eine besonders gleichmässige Kraftübertragung von dem Abstützelement auf den federelastischen Formkörper erreicht, sondern ausserdem die Möglichkeit geschaffen, den Formkörper durch derart ausgebildete hülsenförmige Metallkörper in dem ventilgehäuse zu zentrieren und zu führen.
Anderseits sollte der Formkörper auf dem überwiegenden Teil seiner Länge umfangsseitig in an sich bekannter Weise mit allseitigem radialem Spiel gelagert sein, so dass sich dieser beim Öffnen des Ventils ohne Behinderung in dem erforderlichen geringen Masse tonnenförmig ausbauchen kann.
Der Formkörper kann mit einer seiner Grundflächen entweder in an sich bekannter Weise unmittelbar oder aber unter Zwischenschaltung eines an dieser vorgesehenen Abstützelementes am Ventilsitz anliegen.
Ein unmittelbares Anliegen des Ventilsitzes kommt insbesondere bei mässigen bzw. geringeren Druckmitteldrücken in Frage, während bei mittleren und höheren Drücken zumindest die dem Ventilsitz zugekehrte Grundfläche des Formkörpers, vorzugsweise jedoch auch dessen gegenüberliegende Grundfläche, mit einem insbesondere plattenförmigen Abstützelement versehen wird. Das dem Ventilsitz zugekehrte Abstützelement kann hiebei ferner mindestens im Bereich seiner am Ventilsitz anliegenden Oberfläche aus einem kautschukartigen Kunststoff mit grosser Shorehärte und hohem Elastizitätsmodul bestehen. Dies lässt sich beispielsweise in der Form verwirklichen, dass das dem Ventilsitz zugekehrte Abstützelement mit einem vorzugsweise aus demselben Kunststoff wie der Formkörper bestehenden, scheibenförmigen Einsatz versehen ist.
Bei sämtlichen bislang bekanntgewordenen Überdruckventilen für mittlere und höhere Drücke werden aus Metall, insbesondere aus Stahl. hergestellte Absperrkörper und Ventilsitze verwendet, die mit einer sehr hohen Genauigkeit bearbeitet und insbesondere genau aufeinander eingeschliffen werden müssen, was verhältnismässig hohe Kosten verursacht. Trotzdem weisen diese bekannten Ventile den Nachteil auf, dass sie insbesondere unter rauhen und ungünstigen Einsatzbedingungen, wie z. B. im untertägigen Grubenbetrieb, bereits nach verhältnismässig kurzer Benutzungsdauer nicht mehr zuverlässig abdichten.
Dies ist einmal darauf zurückzuführen, dass der Absperrkörper und der Ventilsitz starken Korrosions- und Erosionsangriffen ausgesetzt sind, und zum zweiten dadurch bedingt, dass sich zwischen Absperrkörper und Ventilsitz Verunreinigungen festsetzen können, die ein vollständiges Schliessen des Ventils verhindern. Das erfindungsgemäss vorgeschlagene Ventil zeichnet sich zunächst gegenüber den bekannten Bauarten dadurch aus, dass die Herstellung des Absperrkörpers und des Ventilsitzes wesentlich einfacher und um ein Vielfaches billiger ist, da bei einer Abdichtung eines metallischen Ventilsitzes gegenüber einem aus kautschukartigem Kunststoff bestehenden Abdichtelement mit erheblich geringeren Genauigkeiten gearbeitet werden kann als bei den bekannten Ventilen, bei denen der Absperrkörper jeweils auf den Ventilsitz eingeschliffen werden muss.
Hinzu kommt, dass jegliche Korrosions- und Erosionserscheinungen an dem aus kautschukartigem Kunststoff bestehenden Absperrelement fortfallen, während anderseits Verunreinigungen,
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<Desc/Clms Page number 8>
Absperrkörperrohrförmigen Teilen des Innenstempels, d. h. im Abstand vom Stempelkopf und vom Stempelkolben, angeordnet wird. Eine zweckmässige Ausführungsform besteht hiebei darin, dass der Gehäusebauteil als im wesentlichen zylindrischer Baukörper ausgebildet wird, welcher mindestens mit einer Radialbohrung für die Aufnahme des aus Kunststoff bestehenden Formkörpers versehen und mit den rohrförmigen Teilen des Innenstempels, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung, lösbar verbunden wird.
Dieser zylindrische Baukörper wird jedoch vorzugsweise auch mit den Bohrungen für die Aufnahme der übrigen dem Druckraum des Stempels zugeordneten Ventile versehen, so dass diese zu einem einheitlichen Bauteil zusammengefasst sind, welcher als Ganzes aus dem Innenstempel ein- und ausgebaut werden kann. Dadurch, dass die beiden rohrförmigen Teile des Innenstempels mit dem Ventilgehäuse durch eine Schraubverbindung verbunden sind, ergibt sich die Möglichkeit, zumindest den mit dem Stempelkopf verbundenen Innenstempelteil auszuwechseln und zur Anpassung des Stempels an unterschiedliche Flözmächtigkeiten gegen ein Rohrstück anderer Länge auszutauschen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 einen hydraulischen Grubenstempel, teilweise im Schnitt, mit einem eingebauten Ventil nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie n-n der Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Ventils nach der Erfindung, im Schnitt, Fig. 4 eine dritte Ausführungsform, ebenfalls im Schnitt, Fig. 5 abermals eine andere Ausführungsform, wieder im Schnitt, Fig. 6 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, ebenfalls im Schnitt.
Die Fig. l und 2 veranschaulichen einen Anwendungsfall der Erfindung, bei dem das erfindungsgemäss vorgeschlagene Ventil als Überdruckventil in einen hydraulischen Grubenstempel eingebaut ist. Der hydraulische Grubenstempel besitzt die übliche Ausbildung, die in den Zeichnungen nur schematisch angedeutet ist, und besteht im wesentlichen aus einem Aussenstempel 1, einem Innenstempel 2, einer als Führung für den Innenstempel 2 dienenden, am inneren Ende des Aussenstempels vorgesehenen Abschlusskappe 3 sowie einer Kopfplatte 4 und einer Fussplatte 5. Der Innenstempel ist in dem Aaaemtempel mittels eines Stempelkolbens 6 längsverschieblich und dichtend geführt.
Der Stempelkolben 6 besitzt eine Durchgangsbohrung 7, die die Innenräume 8 und 9 des Aussen- bzw. Innenstempels l, 2 druckmittelleitend miteinander verbindet, so dass nicht nur der Innenraum des Aussen- stempels, sondern auch der grössere Teil des Innenraumes des Innenstempels als Druckraum dient. Dies hat den Vorteil, dass die Stempeltelle bei der Belastung durch denGebirgsdruck im wesentlichen nur auf Platzdruck beansprucht werden und von Längskräften bzw. Knickbeanspruchungen weitgehend entlastet sind.
Die dendruckräumen 8,9 zugeordneten Ventile sind bei dem in Fig. l dargestellten Grubenstempel in einem Ventilgehäuse 10 von im wesentlichen zylindrischer Grundform zusammengefasst. Das Ventilgehäuse 10 ist zwischen der Kopfplatte 4 und dem Stempelkolben 6 in den Innenstempel eingeschaltet und mit den beiden rohrförmigen Teilen des Innenstempels 2 durch eine Schraubverbindung 11 lösbar verbunden.
Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, sind innerhalb des Ventilgehäuses 10 sämtliche dem Stempeldruckraum zugeordneten Ventile angeordnet, u. zw. in radialer Anordnung sowie um etwa 1200 sternförmig versetzt. Diese Ventile bestehen aus einem Überdruckventil 12, einem Einfüllventil 13 und einemRaumventil 14. Die Ventile 12,13, 14 stehen über Kanäle 15,16, 17 mit der Druckmit- telzu-und-ableitung 18 der Druckräume 8, 9 in Verbindung.
Die Ventile 13 bzw. 14 sind durch übliche Schraubenfedern 19 bzw. 20 in Schliessstellung gehaltene Ventile, die sich jedoch dadurchvon den bekannten Bauarten unterscheiden, dass ihre Absperrkörper 21,22 im Bereich des Ventilsitzes mit einem Einsatz 21a, 22a versehen sind, der aus einem kautschukartigen Kunststoff mit hoher Shorehärte und hohem Elastizitätsmodul besteht. Die in den Zeichnungen nur schematisch angedeutete Vorrichtung für die Betätigung des Raubventils 14 ist mit 23 bezeichnet. Im Gegensatz zu den Ventilen 13 bzw.
14 ist das Federelement des Überdruckventils 12 als aus einem kautschukartigen Kunststoff mit grosser Shorehärte und hohem Elastizitätsmodul bestehender Formkörper ausgebildet, der in sämtlichen Ausführungsbeispielen mit 24 bezeichnet ist. Als Werkstoff kommen vor allem kautschukartige Kunststoffe aus der Gruppe der vernetzten Polyurethane, vorzugsweise extrem harte Vulkollane oder Phoenolane (einge-
EMI8.1
Warenzeichen) mit einer Shorehärte vonführungsformen eine im wesentlichen zylindrische Grundform mit einer gegenüber seinem Durchmesser grösseren Höhe, wobei sich das Verhältnis zwischen Höhe und Durchmesser etwa auf 7 : 5 beläuft. Der Kunststofformkörper 24 ist in einer radialen Bohrung 25 des Ventilgehäuses 10 mit verhältnismässig grossem radialem Spiel sowie mit regelbarer Vorspannung gelagert.
Die Vorspannung des Formkörpers 24 kann durch ein einstellbares Widerlager 26, das bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten
<Desc/Clms Page number 9>
Ausführungsbeispiel als Differentialschraubverbindung ausgebildet ist, geändert bzw. eingestellt werden. Die Differentialschraubverbindung 26 besteht aus einer Schraubenmutter 27 grossen Querschnittes für die Grobeinstellung und einer mittig zu dieser gelagerten kleineren Einstellmutter 28 für die Feineinstellung der Vorspannung.
Der Formkörper 24 ist an beiden quer zur Öffnungsrichtung des Ventils angeordneten Grundflächen mit je einem Abstützelement 29 bzw. 30 verbunden, das bei dem in den Fig. l und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als in ihrem mittleren Bereich verstärkt ausgebildete metallische Platte ausgebildet ist, welche den Formkörper 24 mit um ein geringes Mass vorspringenden hülsenförmigen Ansätzen auf einem geringen Teil seiner Länge umschliessen. Die Stützplatten 29 und 30 sind mit den diesen zugekehrten Grundflächen des Formkörpers 24 beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren druck-, torsions-und schubfest verbunden und dienen ausser zur Gewährleistung einer gleichmässigen Druckübertragung über den gesamtenQuerschnitt des Formkörpers 24 auch zu dessen Führung und Zentrierung innerhalb der Bohrung 25 des Ventilgehäuses 10.
Daseinstellbare Widerlager 27, 28 stützt sich gegen die Aussenseite des Abstützelementes 29 ab, wahrend das dem Ventilsitz 32 zugekehrte Abstützelement 30 mindestens im BereichdesVentilsit- zes 32 mit einem scheibenförmigen Einsatz 31 versehen ist, der vorzugsweise aus demselben Kunst-
EMI9.1
besteht wie der FederkörperOberflächenbereich aus einem kautschukartigen Kunststoff von hoher Shorehärte und hohem Elastizitätsmodul.
Beim Überschreiten des Ansprechdruckes des Überdruckventils 12 innerhalb der Druckräume 8,9 hebt ich der Absperrkörper 30, 31 des Überdruckventils von dem ringförmigen Ventilsitz 32 unter zunehmender Zusammenpressung des aus kautschukartigem Kunststoff bestehenden Formkörpers 24 ab, wobei letzterer ausser einer axialen Zusammenpressung auch eine geringfügige tonnenförmige Ausbauchung in seinem mittleren Längenbereich erfährt. Nach Absinken des Druckmitteldruckes innerhalb der Druckräume 8,9 unter den Ansprechdruck des Überdruckventils wird der Absperrkörper 30, 31 durch den Federkörper 24 wieder dichtend gegen den Ventilsitz 32 gedrückt, wobei sich der Federkörper 24 wieder elastisch in seine ursprüngliche Form zurückverformt.
Um jegliche bleibende Verformung des vorzugsweise aus einem Elastomer bestehenden Formkörpers 24 auch nach einem sehr häufigen Ansprechen des Überdruckventils zu vermeiden, wird dieser Formkörper 24, u. zw. nicht nur bei dem in den Fig. l und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, sondern auch beidenAusführungsformen nachFig. 3 - 6, vor dem Einbau bis weit über seine im normalen Betrieb auftretende maximale Druckbeanspruchung in Richtung dieser Druckbeanspruchung vorgepresst.
Man belastet bei diesem Vorpressen den Formkörper im allgemeinen bis mindestens auf das Doppelte seiner beim Ansprechdruck auftretenden Druckbeanspruchung, wodurch die Restverformung des Formkörpers mit einer für die Praxis ausreichenden Genauigkeit beseitigt und somit eine auch bei längerer Einsatzdauer praktisch gleichbleibende Federcharakteristik des Formkörpers 24 gewährleistet wird.
DerindenFig. lund2dargestellteFormkörper 24, derauseinembesondersabriebfestenundstruk- turfestenPolyurethan-Kautschuk mit einer Shorehärte von etwa 950 Shore A und einem Elastizitätsmodul von etwa 1000 kg/cm2 besteht, ist für einen Ansprechdruck des Ventils von etwa 350 Atmosphären bestimmt. Dieser Formkörper ist als zylindrischer Vollkörper ausgebildet, der vor dem Vorpressen einen Durchmesser von 25 mm und eine Höhe von 35 mm besitzt. Dieser Formkörper wird dann zur Beseitigung seiner Restverformung in axialer Richtung um 20% seiner Ausgangslänge, das ist um 7 mm, zusammengepresst. Hiezu ist eine Kraft von etwa 590 kg erforderlich, was bei den vorstehend angegebenen Abmessungen des Formkörpers einen Flächendruck von etwa 120 kg/cm2 zur Folge hat.
Unter dieser, weit oberhalb der im Betrieb auftretenden Druckbeanspruchung liegenden Belastung baucht sich die Zylindermantelfläche des Formkörpers tonnenförmig aus und erreicht in dessen mittleren Längenbereich einen grössten Durchmesser von 26, 1 mm, was einer Durchmesservergrösserung von 4, 40/0 entspricht.
Nach Wegnahme der Belastung behält der Formkörper in seinem mittleren Längenbereich einen grössten Durchmesser von etwa 25, 1 mm, während seine Länge sich gegenüber der Ursprungslänge von 35 mm auf 34, 2 mm verkürzt hat. Er hat somit in axialer Richtung durch die Vorpressung eine bleibende Verformung von etwa 2, o erfahren, durch die jedoch erreicht wird, dass bei den erheblich niedriger liegenden, im Betrieb auftretenden Druckbeanspruchungen des Formkörpers 24 keine weiteren bleibenden Verformungen desselben eintreten.
So treten beispielsweise bei dem in den Fig. l und 2 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel-sofern der Formkörper 24 auf eine einem Ansprechdruck von 350 Atmosphären entsprechende Vorspannung gebracht ist-beim Öffnen des Ventils innerhalb des Formkörpers 24 Druckbe-
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
wie die Formkörperwerden.
Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2 nicht fest im Ventilgehäuse angeordnet, sondern durch die eine Stirnseite 33 eines Hohlzylinders 36 gebildet, der im Ventilgehäuse 34 um ein begrenztes Mass längsverschieblich gelagert und mittels einer Dichtung 35 gegenüber dem Ventilgehäuse 34 abgedichtet ist. Die dem Ventilsitz 33 abgekehrte Stirnseite 37 dieses Hohlzylinders ist durch den innerhalb der Bohrung 38 herrschenden Druckmitteldruck belastet, während die Sitzfläche 33 nur in ihrem inneren Querschnittsbereich, u. zw. in entgegengesetzter Richtung, druckbeaufschlagt ist.
Infolgedessen wird der Hohlzylinder 36 durch den Druckmitteldurck gegen den ihm zugeordneten Absperrkörper angedrückt, der bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform aus einem scheibenförmigen Kunststoffkörper 44 und bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform aus der dem Ventilsitz 33 zugekehrten Stirnfläche des Kunststoffformkörpers 24 besteht. DasVentilgehäuse 34 ist bei beiden Ausführungsformen mittels eines schrau- benförmigenAnsatzes 39 mitdemzuüberwachendenGerät-beispielsweise einem hydraulischenGruben- stempel, einem Presszylinder, einer hydraulischen Presse oder einem Druckmittelspeicher - lösbar verbunden.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Formkörper 24, der aus dem gleichen Kunststoff besteht wie der Formkörper 24 der Fig. 1 und 2, ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Grundform, jedoch ist seine Höhe im Gegensatz zu den Fig. 1 und 2 wesentlich kleiner als sein Durchmesser. Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beläuft sich etwa auf 3 : 5. Dieser Formkörper ist ebenfalls vor seinem Einbau in axialer Richtung zu Beseitigung von Restverformungen vorgepresst worden, wobei wieder die Vorpressung bei einer Druckbeanspruchung erfolgt ist, die mindestens doppelt so hoch liegt wie die beim Öffnungsdruck des Ventils auftretende Druckbeanspruchung des Formkörpers 24. Da die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen für mittlere Druckmitteldrücke von z.
B. etwa 100 Atmosphären bestimmt sind, kann hiebei bei der Vorpressung mit geringeren Flächendrücken gearbeitet werden als bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2, obwohl sich auch in diesem Falle als beson-
EMI10.2
lichen Höhe erwiesen hat.
Der Formkörper 24 stützt sich bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform auf der dem Ventilsitz 33 abgekehrten Seite unter Zwischenschaltung eines als metallische Platte ausgebildeten Abstützelementes 41 gegen ein verstellbares Widerlager 42 ab, durch welches der Formkörper 24 auf den gewünschten Öffnungsdruck des Ventils vorgespannt werden kann. Während das Abstützelement 41 den Formkörper 24 mit einem ringbundartigen Ansatz auf einem kleinen Teil seiner Länge hülsenförmig umschliesst, ist auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Formkörpers 24 ein weiteres Abstützelement 43 vorgesehen, das einen derartigen Ansatz nicht besitzt, sondern lediglich durch Kleben, Vulkanisieren od. dgl. mit der ventilsitzseitigenGrundfläche desFormkörpers 24 fest verbunden ist.
Dieses Abstützelement 43 besitzt einen zapfenförmigen Vorsprung 45, an dem der scheibenförmige Absperrkörper 44 befestigt ist, der ebenso wie der Formkörper 24 aus einem kautschukartigen Kunststoff hoher Shorehärte und hohem Elastizitätsmodul besteht.
Der zapfenförmige Vorsprung 45 des Abstützelementes 43 ist zentrisch zu der Durchtrittsöffnung 40 des Ventils angeordnet und besitzt einen wesentlich kleineren Querschnitt als diese. Der Absperrkörper 44 ist als kreisförmige Platte ausgebildet und überragt sowohl den zapfenförmigen Vor- sprung 45 als auch die ringförmige Sitzfläche 33 allseitig um ein wesentliches Mass.
Bei einer Zunahme des Druckmitteldruckes innerhalb des zu überwachenden Druckraumes wird der Absperrkörper 44 durch den sich bis zur Ventilöffnung 40 fortpflanzenden Druckmitteldruck im Öffnungssinne belastet, während anderseits der Absperrkörper 44 durch den vorgespannten Kunststofformkörper 24 im Schliesssinne belastet ist. Gleichzeitig wird jedoch auch der Hohlzylinder 36 infolge der unterschiedlichen Grösse seiner in entgegengesetzter Richtung druckbeaufschlagten Stirnflächen gegen den Absperrkörper 44 angepresst, wodurch dieser in seinem Randbereich elastisch verformt wird. Diese elastische Verformung wird nochvergrössert durch den den Absperrkörper 24 in dem zwischen dem Zapfen 45 und dem Ventilsitz 33 belastenden Druckmitteldruck.
Sobald der durch die Vorspannung des Formkörpers 24 eingestellte Öffnungsdruck des Ventils erreicht ist, wird die Vorspannung des Formkörpers 24 durch den Druckmitteldruck überwunden, so dass
<Desc/Clms Page number 11>
der Absperrkörper 44 sich von dem Ventilsitz 33 abhebt und das Druckmittel durch den Ringspalt zwischenabsperrkörper 44 und Ventilsitz 33 austreten kann. In diesem Augenblick erfährt die Sitzfläche 33 des Hohlzylinders 36 durch den statischen und den Strömungsdruck des austretenden Druck- mittels eine grössere Druckbelastung als die entgegengesetzte Stirnfläche 37, so dass der Hohlzylinder in seine Ausgangslage zurückgedrückt wird und ein verhältnismässig grosser Ringquerschnitt für das Austreten des Druckmittels zur Verfügung steht.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, die ebenfalls für mässige bis mittlere Druckmitteldrücke bestimmt ist, ist der aus einem kautschukartigen Kunststoff mit hoher Shorehärte und hohem Elastizitätsmodul bestehende Formkörper 24 unmittelbar gegen das verstellbare Widerlager 42 und die als Sitzfläche dienende Stirnseite 33 des Hohlzylinders 36 abgestützt. Das Widerlager 42 besitzt auf seiner dem Formkörper 24 zugekehrten Seite einen zapfenförmigen Vorsprung 43, der in seinen Querschnittsabmessungen wesentlich kleiner bemessen ist als der freie Durchströmquerschnitt 40 des
EMI11.1
wird der Formkörper 24 derart verformt, dass er einen Ringspalt für den Durchtritt des Druckmittels freigibt.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Kunststofformkörper 24 die Form eines flachen Zylinders, dessen Durchmesser sich etwa auf das Doppelte seiner Höhe beläuft. Diese Ausführungsform ist für Druckmitteldrücke von weniger als 100 Atmosphären bestimmt.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform besitzt der gleichfalls aus einem kautschukartigen
EMI11.2
nenförmige Ausbildung, die allerdings sich von einer zylindrischen Form nur wenig unterscheidet. Der Durchmesser dieses Formkörpers beträgt hiebei mehr als das Doppelte seiner Höhe. Auf seiner oberen Seite stützt sich der Formkörper 24 unmittelbar gegen die konkave Ausnehmung 44 eines verstellbaren Widerlagers 42 ab, während er. auf der entgegengesetzten Seite unmittelbar gegen einen mit dem Ventilgehäuse 34 einstückig ausgebildeten Ventilsitz 45 abgestützt ist.
Beim Überschreiten des mittels des Widerlagers 42 einstellbaren Ansprechdruckes wird der Formkörper 24 durch den sich durch den Kanal 38 fortpflanzenden Druckmitteldruck derart in axialer Richtung zusammengepresst bzw. in die konkave Ausnehmung 44 des Widerlagers 42 hineinverformt, dass er sich von dem Ventilsitz 45 abhebt und einen Ringspalt für den Durchtritt des Druckmittels freigibt.
Bei dem inFig. 6 dargestelltenAusführungsbeispiel besitzt derFormkörper 24 wieder ähnliche Form und Abmessungen wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2, d. h. eine zylindrische Grundform, deren in Öffnungsrichtung gemessene Höhe grösser ist als der quer dazu gemessene Durchmesser des Zylinders. Das Ventilgehäuse besteht bei dieser Ausführungsform aus zwei Teilen 46 und 47, die durch eine Schraubverbindung 48 miteinander verbunden sind. Der Formkörper 24 ist innerhalb des Gehäuseteiles 47 gelagert und mittels eines einstellbaren Widerlagers 42 vorspannbar.
Das Widerlager 42 stützt sich mit einem zapfenartigen Vorsprung 49 unter Zwischenschaltung eines Abstützelementes eines plattenförmig ausgebildeten Abstützelementes 50 gegen den Formkörper ab, das mit einem ringbundartigen Ansatz geringer Höhe den Formkörper 24 auf einem sehr geringen Teil seiner axialen Länge umschliesst.
Mit seiner dem Widerlager 42 gegenüberliegenden Grundfläche ist der Formkörper 24 gegen eine als Ventilsitz dienende Abdichtfläche 51 abgestützt. Beim Überschreiten des durch das verstellbare Widerlager 42 eingestellten Ansprechdruckes wird der Formkörper 24 in axialer Richtung durch den auf ihn stirnseitig einwirkenden Druckmitteldruck zusammengepresst und von der Ventilsitzfläche 51 abgehoben, so dass ein Teil des Druckmittels durch den Ringspalt zwischen Absperrkörper und Ventilsitz und die Austrittsbohrungen, die bei sämtlichen Ausführungsformen mit 52 bezeichnet sind, abfliessen kann. Das in Fig. 6 dargestellte Überdruckventil ist in erster Linie für geringere Druckmitteldrücke von z. B. etwa 10 bis 20 Atmosphären bestimmt.
Das erfindungsgemäss vorgeschlagene Ventil lässt sich selbstverständlich nicht nur bei hydraulischen Grubenstempeln, Stützen oder sonstigen hydraulischen Ausbauelementen fürdenuntertägigenGrubenbe- trieb anwenden, sondern überall da, wo bei hydraulischen oder pneumatischen Einrichtungen, Anlagen und Geräten Überdruck- bzw. Sicherheitsventile benötigt werden bzw. eine Überwachung von Druckmitteldrücken erforderlich ist. Beispielsweise lässt es sich daher unter anderem als Überdruck-oder Sicherheitsventil für hydraulische Arbeitsmaschinen der verschiedensten Art, beispielsweise hydraulische Richtund Biegepressen, verwenden oder aber für hydraulische Vorschub- oder Hebevorrichtungen verschiedenster Art.
<Desc / Clms Page number 1>
Pressure relief valve, especially for high pressures
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
This is the case when using such valves as pressure relief valves for hydraulic pit rams or other hydraulic expansion elements for underground mining operations, since these hydraulic expansion elements have to be transported and installed and removed in narrow pit spaces and under difficult working conditions.
In the case of shut-off taps, for example water taps, it has been known for decades to use molded bodies made of an elastic or rubber-like material which load the shut-off element of these taps in the closing direction.
However, these are not overpressure valves and certainly not overpressure valves for high pressures, but simple shut-off valves for pressure media that are only under a very low pressure medium. In addition, with these known shut-off cocks, the pressure medium pressure on the shut-off body does not act in the opening direction, but either not at all or in the closing direction.
In a known shut-off valve in which the pressure medium pressure acts on the shut-off body in the closing direction, a valve housing is provided, as it used to be, for example, as a water tap on streets, squares and the like. Like. Was used. The shut-off body and valve seat are arranged within the valve housing in such a way that the shut-off body has to lift off the valve seat opposite to the direction of flow of the water in order to clear the flow opening. The shut-off body is arranged at the lower end of a spindle which protrudes with its upper end from the valve housing and is provided with a hand lever for actuating the shut-off body.
This spindle is enclosed in its upper area, facing the hand lever, by a molded body made of rubber which is pierced in the longitudinal direction and which is otherwise designed as a practically solid ball. This molded body is designed and arranged within the valve housing in such a way that when the hand lever is released after the shut-off valve has previously been opened, it pushes the spindle guided through its longitudinal bore upwards and thus reliably presses the shut-off body against its sealing surface again.
This is to ensure that after each actuation of the shut-off device serving as a water tap for public wells, water tanks or the like, it is automatically closed again, so that water loss or an undesired leakage of water due to inattentiveness of the people operating the shut-off path is avoided.
In another known shut-off valve, in which the pressure medium pressure has no effect on the shut-off body either in the opening or in the closing direction, an essentially cylindrical molded body made of rubber is arranged within the valve housing, which simultaneously serves as a shut-off body and as a spring element of the hand-operated shut-off valve . This shaped body is pierced in its longitudinal direction in a similar manner as in the known design described above, a spindle being inserted into the bore, which also protrudes with its upper end portion from the valve housing and there with a hand lever for actuating both the spring element and is provided as a shut-off shaped body serving.
By pivoting the hand lever, the shaped body is compressed in the axial direction with the aid of the spindle, increasing its radial dimensions, lifting it off the valve seat and allowing the pressure medium to pass through the valve opening. As soon as the hand lever is swiveled back into its starting position, the elastic molded body expands again in the axial direction and seals the valve seat of this shut-off valve.
In both cases, the molded body made of a rubber-like material is an organ which, in the case of a shut-off valve which is only suitable for low pressure medium pressures, ensures that the shut-off element is again reliably and automatically opened after the shut-off element has to be opened exclusively by hand is pressed against its seat. With the spring element of a pressure relief valve, but above all of a pressure relief valve for high pressure medium pressures, which must be designed so that the shut-off body is lifted from its valve seat at a precisely predetermined pressure medium pressure and enables pressure relief, the known shut-off valves can be used with the two previously discussed shut-off valves do not compare elastic moldings.
Even if the two shut-off valves discussed above, which have been part of the state of the art for decades, were to be redesigned so that they could act as a pressure relief valve, this would lead to completely unusable constructions, as it would avoid the deficiencies and Disadvantages of the overpressure valves equipped with metallic closing springs are not sufficient to replace their metallic closing springs with molded bodies made of a rubber-like material.
The main reason for this can be seen in the fact that both rubber and the customary rubber-like plastics are far too low for use as the spring element of a pressure relief valve
<Desc / Clms Page number 3>
Shore hardness and a modulus of elasticity that is much too low, which is also highly temperature-dependent. The rubber-like plastics commonly used have a maximum Shore hardness of about 60 Shore A and a modulus of elasticity that is well below 100 kg / cm at the temperatures normally involved. In the case of the usual types of rubber, as they are also used in the previously treated stopcocks, the corresponding hardness and elasticity values are much lower.
As a result, natural rubber as well as all common rubber-like plastics for the production of spring elements for pressure relief valves, which only have to monitor moderate pressures, are much too soft and much too flexible. In addition, the modulus of elasticity of these materials is temperature-dependent to such an extent that any change in temperature would have a considerable effect on the spring characteristics of the valve spring and thus on the opening characteristics of the valve.
Finally, rubber and the common rubber-like plastics are completely unsuitable for the production of closing springs for overpressure or safety valves because springs made from them have a completely wild and uncontrollably scattering hysteresis, so that the opening and closing pressure one with one Spring element equipped valve differ significantly from one another and, on the other hand, extremely strong fluctuations in the opening and closing pressure would occur, which would be completely intolerable.
It is therefore completely out of the question to manufacture spring elements from rubber or the usual rubber-like plastics which have even more or less constant spring characteristics and thus ensure an even half-constant opening characteristic of a valve equipped with such a spring body. As a result of the low resistance to aging of rubber and also of numerous rubber-like plastics, the spring characteristics of spring bodies made from such materials would also change continuously from the time the spring body was manufactured.
An exact and consistently precise response of a valve equipped with such a spring body made of rubber or a rubber-like plastic cannot therefore be achieved. A valve equipped with such a rubber or plastic spring body would not be a safety valve, but a major uncertainty factor, since it is practically impossible to achieve opening of this valve at a predetermined pressure medium pressure that is only approximately the same.
In the known designs, these disadvantages of spring bodies made of rubber or the common rubber-like plastics do not play a role, since they only serve to ensure that the shut-off body is not loaded in the direction of opening by the shut-off valve that is operated by hand after the shut-off valve has been opened by hand, it is reliably moved back into its closed position.
As a spring element for an overpressure or safety valve, however, spring elements made of normal rubber or a rubber-like plastic would be completely useless, since an overpressure or safety valve is required to close absolutely tightly up to a precisely defined response pressure and then within a very high range small pressure interval "regardless of the duration of use, the frequency of response and the speed of the pressure increase - opens in exactly the same way and closes again reliably when the pressure medium pressure drops below the response pressure, whereby the opening pressure and closing pressure must be practically the same.
The object of the invention is to create an overpressure valve intended in particular for high pressures, in which the disadvantages of the known overpressure valves described at the outset are avoided using a spring element formed as a molded body made of a rubber-like material. This object is achieved according to the invention in that the molded body consists of an extremely hard and particularly structurally stable elastomer, which has a Shore hardness A of at least 800 and a modulus of elasticity (at room temperature) of at least about 100 kg / cm2 and that the molded body for the greatest possible reduction or . Anticipation of its residual deformation until it is pre-pressed far beyond its compressive stress that occurs during normal operation.
The invention is based on the knowledge that from the extremely large number of rubber-like materials and from the still very large number of rubber-like plastics, a very small part, namely those elastomers that are extremely hard and particularly structurally stable and a Shore hardness A of at least approximately 800 and a modulus of elasticity (at room temperature) of at least about 100 kg / cm2 and which, in order to reduce or anticipate their residual deformation as far as possible, have been pre-pressed far beyond the compressive stress that occurs during normal operation, have completely surprising and unpredictable suspension properties that are ideally suited for the production of valve spring bodies.
In doing so, it was initially necessary, from the extraordinarily large and even an outstanding specialist, to no longer overlook
<Desc / Clms Page number 4>
the large number of rubber-like materials and the hardly smaller number of rubber-like plastics, find out that extremely small group which - which was neither to be expected nor foreseen - is particularly suitable for the particular purpose on which the invention is based. In addition, it was necessary to realize that the spring body consisting of the only narrowly limited plastic group in question and exhibiting very special properties must be pre-pressed far beyond the compressive stress that occurs during normal operation in order to reduce its residual deformation as much as possible or to completely anticipate it .
It has been shown that such a pre-pressing of the plastic molding is absolutely necessary in order to avoid the large hysteresis of all rubber-like plastics, u. between the small group of plastics recognized by the invention as being usable alone. to such an extent that valves equipped with such plastic spring bodies can be used in practice or in order to give the plastic spring body a spring characteristic that is constant in continuous operation with sufficiently high accuracy, which is an indispensable prerequisite for the valve equipped with such a plastic spring body has constant opening characteristics over its entire service life.
Even relatively hard rubber-like plastics would have a certain residual deformation after the valve has responded without the pre-pressing of the molded body proposed according to the invention, which would result in the valve not closing at the opening pressure but at a slightly lower pressure after the first opening . This lower closing pressure would then correspond to the opening pressure of the valve for the second response, at which there would again be a reduction in the closing pressure and thus the opening pressure for the next response.
In this way, especially at response pressures of several hundred atmospheres, as are common for example with hydraulic pit rams, there would not only be a strong hysteresis of the spring body made of plastic, but also a continuous change in the opening characteristics or a progressive decrease in the opening pressure, which Valves designed in this way would be rendered unusable for all purposes in which it is important to maintain a constantly constant response pressure. This extremely disadvantageous effect naturally occurs to a far greater extent if the spring body of the valve is made from one of the customary rubber-like plastics with an average Shore hardness of about 20 to 60 Shore A.
In the case of plastics of this type, these disadvantageous properties cannot be eliminated by any pre-pressing of the molded body. In the case of a molded body made of rubber, such a pre-compression to anticipate the residual deformation as far as possible would not be possible at all, since the structural strength of rubber is far from sufficient for this purpose.
Only in the case of extremely hard and particularly structurally stable elastomers with a Shore hardness of at least about 800 Shore A and a modulus of elasticity of at least about 100 kg / cm2 (at room temperature) can the residual deformation be reduced to such an extent that it can practically be seen as anticipated. The consequence of this is that the plastic spring body under the high pressure loads that occur when the valve responds, u. between, even with very frequent response, no longer experiences any permanent deformation. Such a pre-compression also slightly reduces the elastic deformability of the molded body, but it can easily yield elastically to a sufficient extent after the pre-compression to open the valve.
On the other hand, however, the pre-pressing of the molded body has the essential advantage that the spring body made of plastic not only has a very small hysteresis, ie. H. has a very small deviation between the opening and closing pressure of the valve, but also an opening characteristic which remains constant with great accuracy over long operating times, d. This means that the opening and closing pressure of the valve remains the same with great accuracy during its entire period of use.
A spring element made according to the invention and made of plastic has the advantage over the known valve springs, in particular made of steel, that it is much simpler and many times cheaper to manufacture, since such a molded body made of plastic is produced, for example, by pressing, injection molding, centrifuging or casting and, in contrast to the known metal springs, does not require any subsequent surface treatment.
As a result, the manufacturing costs of the valve proposed according to the invention with the same response pressure and the same opening cross-section amount to only a small fraction, for example about a tenth, of the manufacturing costs of a pressure relief valve equipped with a metallic closing spring, so that for this reason alone the invention is a significant improvement compared to the known overpressure and safety valves. Despite this much lower manufacturing cost
<Desc / Clms Page number 5>
However, the resilience properties of the plastic spring body used in the valve proposed according to the invention are significantly more favorable and better than those of the known metallic closing springs.
Furthermore, the valve proposed according to the invention has the advantage over the known overpressure and safety valves of a much simpler structure and a smaller number of individual parts, which considerably simplifies their assembly or their ongoing monitoring and maintenance and also results in a further reduction in manufacturing costs. The spring body, which is made of an extremely hard and particularly structurally stable elastomer, is largely insensitive to aggressive water, oil, bases and acids, so that its spring characteristics even under unfavorable or rough working conditions, such as those in hydraulic pit rams intended for underground operation, undergoes practically no change from such influences.
Since with such a molded body consisting of a particularly hard and structurally stable elastomer, in contrast to the closing springs of the known valves, which usually consist of several plate springs arranged one above the other, only a certain internal flexing work occurs, but practically no external friction, that is also the case with the known valves unavoidable changes in the opening characteristics of the valve due to corrosion and abrasion of the spring elements are avoided, so that the opening characteristics are practically constant over very long operating times and thus a service life that is many times longer than that of the known valves.
Finally, the valve proposed according to the invention is characterized by a significantly lower weight compared to the known pressure relief valves loaded by metallic closing springs and by significantly smaller dimensions, which is especially important for its use in transportable objects, such as. B. hydraulic pit rams for underground mining operations, is of particular importance.
It has proven to be expedient to design the shaped body as a homogeneous solid body with an essentially cylindrical or prismatic basic shape. Such a shaped body can be produced in an extremely simple manner and also inexpensively, for example by extrusion, casting or injection molding, optionally in the form of an endless strand. which is then divided by a simple cutting process and cut to the required length. Furthermore, a design of the molded body that is rotationally symmetrical with respect to the opening direction of the valve is generally recommended.
In addition to their simple and inexpensive manufacture, they are characterized by particularly favorable suspension properties and relatively small dimensions even with high spring forces, so that they contribute to a particularly compact and compact design of the valve proposed according to the invention.
In a preferred embodiment of the invention, the shaped body has larger dimensions in the opening direction of the valve than transversely thereto. A ratio of the dimensions in the opening direction of the valve and transversely thereto of approximately 7: 5 has proven to be particularly expedient in the case of an essentially cylindrical design of the shaped body. In the case of such shaped bodies, a form factor results, i. H. a ratio of the pressure loaded surface to the free, d. H. unpressurized surface, of about 0.18, which has proven to be particularly favorable, especially for pressure medium pressures of about 350 atmospheres. However, it is also possible to work with somewhat smaller or somewhat larger form factors of the shaped body in the range between approximately 0.15 and 0.20.
In the case of a cylindrical shaped body, as it is primarily used in the invention, only one of the two base surfaces of the body - although both base surfaces are pressurized - is to be used as the pressure-loaded surface in the ratio equation for determining the shape factor, while the cylinder jacket surface is the free surface of the molded body is to be used.
In a particularly expedient embodiment, the molded body consists of a rubber-like plastic with a Shore hardness A of approximately 950 and a modulus of elasticity (at room temperature) of approximately 800 to 1000 kg / cm 2. The most favorable properties are shown by aging-resistant and abrasion-resistant polyurethane rubbers with a Shore hardness of about 950 Shore A. Such extremely hard polyurethane rubbers are not only characterized by a particularly high modulus of elasticity of around 1000 kg / cm2, which is relatively independent of temperature changes, but also have the advantage of very low hysteresis and are also extremely resistant to aggressive media, oil , Gasoline and oxygen.
Finally, such extremely hard polyurethane rubbers are also characterized by a very high level of abrasion resistance and structural strength, while on the other hand they are easy to process using press, cast or centrifugal casting processes.
In all. As a rule, it is advisable to pre-press the molded body to at least twice the compressive stress that occurs at the response pressure. In particular in the case of molded bodies which have larger dimensions in the opening direction of the valve than transversely thereto, this pre-pressing takes place in the
<Desc / Clms Page number 6>
This means that the molded body is compressed in the direction of the compressive stress occurring during operation by about 2Clo compared to its original length in this direction. Such a pre-compression gives a spring body that is almost hysteresis-free and opens and closes when the pressure medium pressure remains practically unchanged, even over longer periods of use.
The cross-section of the molded body made of plastic is generally chosen so that it is loaded with a surface pressure of about 50 to 60 kg / cm2 when the valve responds. Such a shaped body is then pre-pressed according to the above with a surface loading of at least 100 to 120 kg / cm 2. whereby the residual deformation of such a shaped body is eliminated with an accuracy sufficient for practical operation.
In an expedient embodiment of the invention, the molded body made of plastic is provided on at least one of its base surfaces arranged transversely to the opening direction with a rigid support element, preferably designed as a plate-like metal body. Such a support element ensures a uniform transmission of force over the entire cross section of the spring body made of plastic, even in cases in which the forces acting indirectly on the shaped body only act on part of its cross section.
If, for example, such a, in particular plate-like, metal body is arranged on the base surface of the molded body made of plastic that faces the valve seat. in this way, even with a cross-section of the shaped body that is substantially larger than the opening cross-section of the valve, an essentially uniform compressive stress can be achieved by the pressure medium pressure over its entire cross-section.
The support element or elements are expediently connected to the base area or surfaces of the molded body, for example by gluing, vulcanizing, fitting or the like in a pressure-, shear- and torsion-resistant manner. In addition or, if necessary, instead, the support element or elements can enclose the molded body in the form of a sleeve over a small part of its length. This not only achieves a particularly uniform force transmission from the support element to the resilient molded body, but also creates the possibility of centering and guiding the molded body in the valve housing by means of sleeve-shaped metal bodies constructed in this way.
On the other hand, the molded body should be mounted circumferentially over the major part of its length in a manner known per se with all-round radial play, so that it can bulge in the shape of a barrel to the required low mass without hindrance when the valve is opened.
The shaped body can rest on the valve seat with one of its base surfaces either directly in a manner known per se or with the interposition of a support element provided on it.
A direct contact of the valve seat is possible in particular with moderate or lower pressure medium pressures, while with medium and higher pressures at least the base of the molded body facing the valve seat, but preferably also its opposite base, is provided with an in particular plate-shaped support element. The support element facing the valve seat can furthermore consist of a rubber-like plastic with a high Shore hardness and a high modulus of elasticity, at least in the area of its surface resting on the valve seat. This can be achieved, for example, in the form that the support element facing the valve seat is provided with a disk-shaped insert, preferably made of the same plastic as the molded body.
All overpressure valves for medium and higher pressures that have become known to date are made of metal, in particular steel. Manufactured shut-off bodies and valve seats are used, which have to be machined with a very high degree of accuracy and, in particular, have to be ground exactly on one another, which causes relatively high costs. Nevertheless, these known valves have the disadvantage that they are particularly useful under rough and unfavorable conditions, such as. B. in underground mining operations, no longer reliably seal after a relatively short period of use.
This is due on the one hand to the fact that the shut-off body and the valve seat are exposed to severe corrosion and erosion attacks, and on the other hand it is due to the fact that impurities can accumulate between the shut-off body and valve seat and prevent the valve from closing completely. The valve proposed according to the invention is initially distinguished from the known types in that the production of the shut-off body and the valve seat is much simpler and many times cheaper, since a metal valve seat is sealed with considerably less accuracy than a sealing element made of rubber-like plastic can be compared to the known valves in which the shut-off body has to be ground on the valve seat.
In addition, any signs of corrosion and erosion on the shut-off element made of rubber-like plastic are eliminated, while on the other hand, impurities,
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
<Desc / Clms Page number 8>
Shut-off tubular parts of the inner plunger, d. H. at a distance from the punch head and from the punch piston. An expedient embodiment consists in that the housing component is designed as an essentially cylindrical structural body, which is provided with at least one radial bore for receiving the molded body made of plastic and is detachably connected to the tubular parts of the inner die, preferably by a screw connection.
This cylindrical structure is, however, preferably also provided with the bores for receiving the other valves assigned to the pressure chamber of the punch, so that these are combined into a single component which can be installed and removed as a whole from the inner punch. Because the two tubular parts of the inner punch are connected to the valve housing by a screw connection, there is the option of replacing at least the inner punch part connected to the punch head and replacing it with a pipe section of a different length to adapt the punch to different seam thicknesses.
The invention is illustrated in the drawings using several exemplary embodiments. 1 shows a hydraulic pit ram, partly in section, with a built-in valve according to the invention, FIG. 2 shows a section along the line nn in FIG. 1 on a larger scale, FIG. 3 shows another embodiment of a valve according to the invention, in section, FIG. 4 shows a third embodiment, also in section, FIG. 5 again another embodiment, again in section, FIG. 6 shows a fifth embodiment of the invention, also in section.
FIGS. 1 and 2 illustrate an application of the invention in which the valve proposed according to the invention is installed as a pressure relief valve in a hydraulic pit ram. The hydraulic pit ram has the usual design, which is only indicated schematically in the drawings, and essentially consists of an outer punch 1, an inner punch 2, an end cap 3 that serves as a guide for the inner punch 2 and is provided at the inner end of the outer punch, and a head plate 4 and a footplate 5. The inner punch is guided in the Aaaemtempel by means of a punch piston 6 in a longitudinally displaceable and sealing manner.
The plunger piston 6 has a through-hole 7 which connects the inner spaces 8 and 9 of the outer and inner plungers 1, 2 with one another in a pressure medium conducting manner, so that not only the inner space of the outer plunger but also the larger part of the inner space of the inner plunger serves as a pressure space . This has the advantage that when the pressure in the rock is applied to the ram, it is essentially only subjected to burst pressure and is largely relieved of longitudinal forces and buckling loads.
The valves assigned to the pressure chambers 8, 9 are combined in the pit punch shown in FIG. 1 in a valve housing 10 of an essentially cylindrical basic shape. The valve housing 10 is inserted between the head plate 4 and the ram piston 6 in the inner ram and is releasably connected to the two tubular parts of the inner ram 2 by a screw connection 11.
As can be seen in particular from FIG. 2, all the valves associated with the ram pressure chamber are arranged within the valve housing 10, u. between in a radial arrangement and offset by about 1200 in a star shape. These valves consist of a pressure relief valve 12, a filling valve 13 and a room valve 14. The valves 12, 13, 14 are connected to the pressure medium supply and discharge line 18 of the pressure chambers 8, 9 via channels 15, 16, 17.
The valves 13 and 14 are valves held in the closed position by conventional helical springs 19 and 20, which differ from the known types in that their shut-off bodies 21, 22 are provided with an insert 21a, 22a in the area of the valve seat, which consists of a rubber-like plastic with high Shore hardness and high modulus of elasticity. The device for actuating the robbery valve 14, indicated only schematically in the drawings, is denoted by 23. In contrast to valves 13 resp.
14, the spring element of the pressure relief valve 12 is designed as a molded body consisting of a rubber-like plastic with a high Shore hardness and high modulus of elasticity, which is designated by 24 in all the exemplary embodiments. The main materials used are rubber-like plastics from the group of crosslinked polyurethanes, preferably extremely hard volcanic or phenolanic (some
EMI8.1
Trademarks) with a Shore hardness of guide forms an essentially cylindrical basic shape with a height greater than its diameter, the ratio between height and diameter being approximately 7: 5. The plastic molded body 24 is mounted in a radial bore 25 of the valve housing 10 with a relatively large radial play and with adjustable preload.
The pretensioning of the molded body 24 can be achieved by an adjustable abutment 26, which is shown in FIGS. 1 and 2
<Desc / Clms Page number 9>
Embodiment is designed as a differential screw connection, changed or adjusted. The differential screw connection 26 consists of a screw nut 27 with a large cross section for coarse adjustment and a smaller adjusting nut 28 mounted in the center of this for fine adjustment of the preload.
The shaped body 24 is connected on both base surfaces arranged transversely to the opening direction of the valve with a support element 29 and 30, respectively, which in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is designed as a metallic plate which is reinforced in its central area and which the shaped body 24 enclose a small part of its length with sleeve-shaped projections which protrude by a small amount. The support plates 29 and 30 are connected to the base surfaces of the molded body 24 facing them, for example by gluing or vulcanization, in a pressure-, torsion- and shear-proof manner and serve not only to ensure uniform pressure transmission over the entire cross-section of the molded body 24, but also to guide and center it within the bore 25 of the valve housing 10.
The adjustable abutment 27, 28 is supported against the outside of the support element 29, while the support element 30 facing the valve seat 32 is provided with a disk-shaped insert 31 at least in the area of the valve seat 32, which is preferably made of the same synthetic material.
EMI9.1
consists like the spring body surface area of a rubber-like plastic with high Shore hardness and high modulus of elasticity.
When the response pressure of the pressure relief valve 12 is exceeded within the pressure chambers 8, 9, I lift the shut-off element 30, 31 of the pressure relief valve from the ring-shaped valve seat 32 with increasing compression of the molded body 24, which is made of rubber-like plastic, the latter also having a slight barrel-shaped bulge in addition to axial compression experiences in its middle length range. After the pressure medium pressure within the pressure chambers 8, 9 falls below the response pressure of the pressure relief valve, the shut-off element 30, 31 is again pressed sealingly against the valve seat 32 by the spring element 24, the spring element 24 being elastically deformed back into its original shape.
In order to avoid any permanent deformation of the molded body 24, which preferably consists of an elastomer, even after the pressure relief valve has responded very frequently, this molded body 24, u. not only in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, but also in both embodiments according to FIG. 3 - 6, before installation to well above its maximum compressive stress occurring in normal operation in the direction of this compressive stress.
During this pre-pressing, the molded body is generally loaded to at least twice its compressive stress occurring at the response pressure, whereby the residual deformation of the molded body is eliminated with an accuracy sufficient for practice and thus a spring characteristic of the molded body 24 that remains practically the same even over longer periods of use is ensured.
DerindenFig. Molded body 24 shown in 1 and 2, which consists of a particularly abrasion-resistant and structure-resistant polyurethane rubber with a Shore hardness of about 950 Shore A and a modulus of elasticity of about 1000 kg / cm2, is intended for a valve response pressure of about 350 atmospheres. This shaped body is designed as a cylindrical solid body which, before pre-pressing, has a diameter of 25 mm and a height of 35 mm. This molded body is then compressed to eliminate its residual deformation in the axial direction by 20% of its original length, that is by 7 mm. A force of about 590 kg is required for this, which results in a surface pressure of about 120 kg / cm 2 with the dimensions of the molded body specified above.
Under this load, which is far above the compressive stress occurring during operation, the cylindrical surface of the molded body bulges out in a barrel shape and reaches a maximum diameter of 26.1 mm in its central length range, which corresponds to an increase in diameter of 4.40/0.
After the load has been removed, the shaped body retains a maximum diameter of about 25.1 mm in its middle length range, while its length has been reduced from 35 mm to 34.2 mm compared to the original length. It has thus undergone a permanent deformation of about 2, o in the axial direction as a result of the pre-pressing, which, however, ensures that no further permanent deformations occur in the case of the considerably lower compressive stresses of the molded body 24 occurring during operation.
For example, in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, if the molded body 24 is brought to a preload corresponding to a response pressure of 350 atmospheres, when the valve is opened within the molded body 24, pressure increases.
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
how the moldings become.
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, in contrast to FIGS. 1 and 2, the valve seat is not fixedly arranged in the valve housing, but rather formed by one end face 33 of a hollow cylinder 36 which is longitudinally displaceable by a limited amount in the valve housing 34 and is sealed off from the valve housing 34 by means of a seal 35. The end face 37 of this hollow cylinder facing away from the valve seat 33 is loaded by the pressure medium pressure prevailing within the bore 38, while the seat surface 33 only in its inner cross-sectional area, u. between. In the opposite direction, is pressurized.
As a result, the hollow cylinder 36 is pressed by the pressure of the pressure medium against the shut-off body assigned to it, which in the embodiment shown in FIG. 3 consists of a disk-shaped plastic body 44 and in the embodiment shown in FIG. 4 consists of the end face of the plastic molded body 24 facing the valve seat 33. In both embodiments, the valve housing 34 is detachably connected by means of a screw-shaped projection 39 to the device to be monitored, for example a hydraulic pit, a press cylinder, a hydraulic press or a pressure medium reservoir.
In the embodiment shown in FIG. 3, the molded body 24, which consists of the same plastic as the molded body 24 of FIGS. 1 and 2, also has an essentially cylindrical basic shape, but its height is in contrast to FIGS. 1 and 2 much smaller than its diameter. The ratio of height to diameter is about 3: 5. This molded body was also pre-pressed in the axial direction before installation to remove residual deformations, the pre-pressing again being carried out at a compressive load that is at least twice as high as that at Opening pressure of the valve occurring compressive stress on the molded body 24. Since the embodiments shown in FIGS. 3 and 4 for medium pressure medium pressures of z.
B. about 100 atmospheres are determined, can be used in the pre-pressing with lower surface pressures than in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, although in this case, too, as a special
EMI10.2
has proven to be the height.
The molded body 24 is supported in the embodiment shown in Fig. 3 on the side facing away from the valve seat 33 with the interposition of a support element 41 designed as a metallic plate against an adjustable abutment 42, through which the molded body 24 can be biased to the desired opening pressure of the valve . While the support element 41 surrounds the molded body 24 with a collar-like extension over a small part of its length in the form of a sleeve, a further support element 43 is provided on the opposite end face of the molded body 24, which does not have such an extension, but only by gluing, vulcanizing or the like is firmly connected to the base surface of the molded body 24 on the valve seat side.
This support element 43 has a pin-shaped projection 45, to which the disk-shaped shut-off body 44 is attached, which, like the molded body 24, consists of a rubber-like plastic of high Shore hardness and high modulus of elasticity.
The peg-shaped projection 45 of the support element 43 is arranged centrally to the passage opening 40 of the valve and has a much smaller cross section than this. The shut-off body 44 is designed as a circular plate and projects beyond both the pin-shaped projection 45 and the annular seat surface 33 on all sides by a substantial amount.
When the pressure medium pressure increases within the pressure chamber to be monitored, the shut-off element 44 is loaded in the opening direction by the pressure medium pressure propagating up to the valve opening 40, while on the other hand the shut-off element 44 is loaded in the closing direction by the prestressed plastic molded body 24. At the same time, however, the hollow cylinder 36 is also pressed against the shut-off body 44 due to the different sizes of its end faces, which are pressurized in the opposite direction, whereby the latter is elastically deformed in its edge region. This elastic deformation is further increased by the pressure medium pressure exerting pressure on the shut-off body 24 between the pin 45 and the valve seat 33.
As soon as the opening pressure of the valve set by the bias of the molded body 24 is reached, the bias of the molded body 24 is overcome by the pressure medium pressure, so that
<Desc / Clms Page number 11>
the shut-off body 44 lifts off the valve seat 33 and the pressure medium can escape through the annular gap between the shut-off body 44 and valve seat 33. At this moment the seat surface 33 of the hollow cylinder 36 experiences a greater pressure load than the opposite end face 37 due to the static and the flow pressure of the exiting pressure medium, so that the hollow cylinder is pushed back into its starting position and a relatively large ring cross-section for the pressure medium to escape Available.
In the embodiment shown in Fig. 4, which is also intended for moderate to medium pressure medium pressures, the molded body 24 consisting of a rubber-like plastic with high Shore hardness and high modulus of elasticity is directly against the adjustable abutment 42 and the end face 33 of the hollow cylinder 36, which serves as a seat supported. The abutment 42 has, on its side facing the molded body 24, a peg-shaped projection 43, the cross-sectional dimensions of which is significantly smaller than the free flow cross-section 40 of the
EMI11.1
the shaped body 24 is deformed in such a way that it releases an annular gap for the passage of the pressure medium.
In the embodiment shown in Fig. 4, the plastic molded body 24 has the shape of a flat cylinder, the diameter of which is approximately twice its height. This embodiment is intended for pressure medium pressures of less than 100 atmospheres.
In the embodiment shown in FIG. 5, the also has a rubber-like one
EMI11.2
neniform training, which, however, differs only slightly from a cylindrical shape. The diameter of this shaped body is more than twice its height. On its upper side, the molded body 24 is supported directly against the concave recess 44 of an adjustable abutment 42, while it. is supported on the opposite side directly against a valve seat 45 formed in one piece with the valve housing 34.
When the response pressure which can be set by means of the abutment 42 is exceeded, the molded body 24 is compressed in the axial direction by the pressure medium pressure propagating through the channel 38 or is deformed into the concave recess 44 of the abutment 42 in such a way that it lifts off the valve seat 45 and creates an annular gap releases for the passage of the pressure medium.
With the inFig. 6, the shaped body 24 again has similar shape and dimensions as in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, i. H. a cylindrical basic shape, the height of which, measured in the opening direction, is greater than the diameter of the cylinder measured across it. In this embodiment, the valve housing consists of two parts 46 and 47 which are connected to one another by a screw connection 48. The molded body 24 is mounted inside the housing part 47 and can be prestressed by means of an adjustable abutment 42.
The abutment 42 is supported by a pin-like projection 49 with the interposition of a support element of a plate-shaped support element 50 against the molded body, which encloses the molded body 24 over a very small part of its axial length with a collar-like projection of low height.
With its base surface opposite the abutment 42, the molded body 24 is supported against a sealing surface 51 serving as a valve seat. When the response pressure set by the adjustable abutment 42 is exceeded, the molded body 24 is compressed in the axial direction by the pressure medium pressure acting on it at the front and lifted off the valve seat surface 51, so that part of the pressure medium passes through the annular gap between the shut-off body and valve seat and the outlet bores, which are denoted by 52 in all embodiments, can flow. The pressure relief valve shown in Fig. 6 is primarily for lower pressure medium pressures of z. B. determined about 10 to 20 atmospheres.
The valve proposed according to the invention can of course not only be used with hydraulic pit rams, supports or other hydraulic expansion elements for underground mining operations, but also wherever overpressure or safety valves are required for hydraulic or pneumatic devices, systems and devices or a monitoring of pressure medium pressures is required. For example, it can therefore be used, among other things, as an overpressure or safety valve for hydraulic work machines of the most varied types, for example hydraulic straightening and bending presses, or for hydraulic feed or lifting devices of the most varied types.