DD200578A5

DD200578A5 - Druckbegrenzungsventil,insbesondere fuer hydraulische grubenstempel

Info

Publication number: DD200578A5
Application number: DD81231395A
Authority: DD
Inventors: Karoly Balazs; Vladimir D Firstov; Miklos Frcskam; Laszlo Gal; Sjandor Hlavay; Lajos Huber; Jozsef Korbuly; Laszlo Maehig; Jury F Ponomarenko; Jury G Shein; Ferenc Simon
Original assignee: Koezponti Banyaszati Fejleszte; Magyar Aluminium; Skotchinsky Inst Gornogo Dela
Priority date: 1980-07-02
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1983-05-18
Also published as: PL131997B1; YU163281A; GR74367B; ATA287581A; HU182182B; US4418715A; FR2486191B1; PL231996A1; DE3126159A1; GB2078911B; CS230585B2; FR2486191A1; GB2078911A; AT374567B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere fuer hydraulische Grubenstempel. Das Wesen der Erfindung besteht in einer konstruktiv verbesserten Ausbildung und Anordnung der wichtigsten Funktionselemente des Ventils, wodurch eine hoehere Betriebssicherheit und eine laengere Lebensdauer erreicht werden.

Description

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Druckbegrenzungsventil

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Grubenstempel.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Bekannt sind Druckbegrenzungsventile für hydraulische Grubenstempel, die mit einem Arbeitsraum ausgestattet sind, der in der Betriebsstellung über eine Eintrittsöffnung mit dem Hochdruckraum und über Austrittsöffnungen mit dem Niederdruckraum verbunden ist. In diesem Arbeitsraum ist abgedichtet ein mit einem Ventilsitz versehenes bewegliches Teil geführt, wobei im geschlossenen Zustand des Ventils an den Ventilsitz eine Abschlußplatte angeschlossen ist. Ferner ist eine Feder, die den beweglichen Teil an die Abschlußplatte drückt und eine weitere Feder, vorzugsweise eine Gasfeder, die die Abschlußplatte abstützt, vorgesehen.

Bei diesen bekannten Ventilen stützt sich der Ventilsitz auf einer aus elastischem Kunststoff gefertigten Abschlußplatte ab. Der Ventilsitz bildet einen ringförmigen Spalt, durch den die Arbeitsflüssigkeit bei Oberschreiten des zulas sigen Höchstdruckes aus den Hochdruck raum in den Niederdruckraum entweicht, wenn sich der Ventilsitz nach Oberschreiten der eingestellten Schließkraft von der Abschlußplatte abhebt. Der ringförmige Spalt des Ventilsitzes wird

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durch einen zylindrischen Stopfen gebildet, der in einer Bohrung im beweglichen Teil locker eingepaßt ist. Ein Mangel dieser Ausführung besteht darin, daß sich der zylindrische Stopfen in seitlicher Richtung bewegen kann, d.h. daß die Breite des ringförmigen Spaltes entlang des Umfanges nicht konstant ist. Bei breiteren Spaltabschnitten wirkt eine größere Kraft auf die aus elastischem Kunststoff gefertigte Abschlußplatte, die eine Schräglage einnimmt, da sie sich lediglich auf ein als elastische "Glocke" ausgebildetes (den die Gasfeder bildenden Gasraum abgrenzendes) Dichtungselement abstützt. Infolge der Schräglage strömt an einem Abschnitt des ringförmigen Spaltes mit großer Geschwindigkeit und hohem Druck Arbeitsflüssigkeit heraus. Die ausströmende Arbeitsflüssigkeit setzt einen Teil der Abschlußplatte und der dahinter befindlichen "Glocke" einer starken Erosionswirkung aus und führt zu einer starken Abnutzung. Demzufolge verlieren diese ihre Abschluß- bzw. Abdichtungsfähigkeit und das Druckbegrenzungsventil wird funktionsuntüchtig.

Die Schräglage der Abschlußplatte bewirkt gleichzeitig, daß das Ventil nicht mehr bei dem eingestellten Druckwert / Belastungswert/ öffnet, d.h. daß es im Betrieb nicht zuverlässig arbeitet.

Ein weiterer Mangel bei diesem bekannten Druckbegrenzungsventil besteht darin, daß durch das Schadhaftwerden der Abschlußplatte und des abstützenden Dichtungselementes infolge der vorgenannten Ursachen auch die Gasfeder beschädigt wird. In den Gasraum gelangt Arbeitsflüssigkeit, wodurch die Elastizität und Funktionstüchtigkeit teilweise oder voll eingebüßt wird. Diese Erscheinung tritt hauptsächlich dann ein, wenn auf den Grubenstempel plötzlich ein sehr großer Gebirgsdruck einwirkt. Durch den Spalt des Ventilsitzes strömt innerhalb einer kurzen Zeit eine so große Arbeitsflüssigkeitsmenge aus, die durch die Austritts

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Öffnung nicht genügend schnell entweichen kann und so Ober das fehlerhafte Dichtungselement zum Teil in den Gasraum gelangt.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der vorgenannten Mängel dieses bekannten Druckbegrenzungsventils.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil zu entwickeln, bei dem die Breite des ringförmigen Spaltes des Ventilsitzes über den ganzen Umfang unter allen Umständen konstant bleibt, wodurch die Gefahr der von der ungleichmäßigen Belastung der Abschlußplatte herrührenden örtlichen Erosion beseitigt wird.

Aufgabe ist weiterhin, die Verminderung der Empfindlichkeit der Abschlußplatte gegen die aus der Arbeitsflüssigkeitsströmung resultierende Beanspruchung.

Eine weitere Aufgabe ist die Beseitigung der Gefahr von Beschädigungen der Gasfeder infolge des Eindringens der Arbeitsflüssigkeit in den Gasraum bei dynamischer Belastung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der bewegliche Teil eine im geöffneten Zustand des Ventils die Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung sichernde Durchgangsöffnung und einen in Richtung zur Abschlußplatte stehenden mit einem einen Kreisquerschnitt aufweisenden Kopf versehenen Stützzapfen besitzt, der in die im beweglichen Teil vorgesehene Führungsbohrung mit Spielsitz eingesetzt ist, wobei der Ventilsitz als ringförmiger Axialflansch ausgeführt und der Kopf des Stütz-

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zapfens konzentrisch im Inneren des Flansches angeordnet ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist die Abschlußplatte in ein Tragelement eingesetzt, das als ein Freikolben ausgeführt ist.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist an die Seite des Tragelementes, die der Abschlußplatte entgegengesetzt ist, ein Dichtungselement angeschlossen, daß den Gasraum, der die Gasfeder bildet, abschließt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt der bewegliche Teil ein Anschlagelement in Form eines ringförmigen Flansches, das in dem zum Lösedruck gehörenden Zustand mittels der Feder, die den beweglichen Teil an die Abschlußplatte preßt, auf den Gegenanschlag gedrückt wird.

Vorteilhaft ist, wenn der bewegliche Teil in der Bohrung der Führungshülse angeordnet ist und der Gegenanschlag durch eine in dieser Bohrung vorgesehene Schulter gebildet wird.

Vorteilhaft ist auch, wenn das Tragelement eine sich vom Rand der Abschlußplatte in Richtung des beweglichen Teiles nach außen kegelig erweiternde Leitfläche besitzt.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Kopf des Stützzapfens in Richtung der Abschlußplatte sich kegelig erweitert und seine abschlußplattenseitige Stirnseite plan ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt da: die Abschlußplatte tragende Tragelement einen mit radialer Öffnung versehenen axialen Flansch, der bei geschlossenem Ventil - zweckdienlicherweise an der Führungshülse, die den beweglichen Teil aufnimmt,- anschlägt.

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Schließlich kann es auch von Vorteil sein, wenn der bewegliche Teil mehrere axiale Durchgangsöffnungen besitzt, die zu der der Abschlußplatte entgegengesetzten Seite des Stützzapfenkopfes führen.

Der größte Vorteil des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventils besteht darin, daß die Breite des ringförmigen Spaltes seines Ventilsitzes über den gesamten Umfang immer konstant ist, da diese durch den ringförmigen Flansch des Ventilsitzes und den einen Kreisquerschnitt aufweisenden und mit dem Flansch konzentrischen Kopf des Stützzapfens bestimmt wird.

Der Kopf des Stützzapfens lenkt gleichzeitig die durch die Durchtrittsöffnung des Ventilsitzes ausströmende Arbeitsflüssigkeit in eine radiale Richtung und vermindert dadurch die dynamische Beanspruchung der Abschlußplatte. In diesem Sinne wirkt bei einzelnen vorteilhaften Ausführungsformen das die Abschlußplatte abstützende Tragelement und seine sich nach außen kegelförmig erweiternde Leitfläche.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der die Gasfeder bildende Gasraum - durch die Umlenkung der Arbeitsflüssigkeit in radialer Richtung und durch die Verwendung des die Abschlußplatte tragenden Tragelementes - in erhöhtem Maße gegen das Eindringen von Arbeitsflüssigkeit, insbesondere bei dynamischer Belastung, geschützt ist.

Bei der vorgeschlagenen Lösung nimmt bis zum Eintreten des Öffnens die Schließkraft laufend zu, wodurch die Zuverlässigkeit des Ventils weiter erhöht wird.

Ausführungsbeispiel;

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das er-

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findungsgemäße Druckbegrenzungsventil im Schnitt.

Das Druckbegrenzungsventil besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, das an seinem einem Ende mit der axialen Eintrittsöffnung 15 und mit einem Außengewinde 14 versehen,

ist. Mittels des Gewindes 14 kann das Ventil an den Hochckt

druckraum"(nicht dargestellten) hydraulischen Grubenstempels angeschlossen werden, wobei die entsprechende Abdichtung durch den Dichtring 9 gesichert wird, der in einer um die Eintrittsöffnung 15 umlaufenden Nut angeordnet ist.

In das andere Ende des Gehäuses 1 ist ein zylindrisches, stopfenförmiges Verschlußstück 2 eingeschraubt, dessen äußeres Ende mit der axialen Bohrung 18 versehen ist. Das Verschlußstück 2 besitzt einen zylindrischen Gasraum 17, der mit einem Ende an die Bohrung 18 angeschlossen ist, wobei das andere Ende mittels des "glockenförmigen" Dichtungselementes 13 abgeschlossen wird. Die zum Gasraum 17 gerichtete Seite des Dichtungselementes 30 ist becherförmig ausgebildet. Seine Mantelfläche ist zylindrisch und liegt an der Innenwand des Verechlußstückes 2 an, wobei die zum Gasraum 17 entgegengesetzt liegende Seite eine zur Längsachse senkrechte Planfläche aufweist. Im Gasraum 17 ist die Spiralfeder 20 angeordnet, die sich einerseits auf den die Bohrung 18 abschließenden und mit dem Dichtring 10 versehenen Ventilteller 19, andererseits auf das "glockenförmige" Dichtungselement 13 abstützt.

An der Planseite des Dichtungselementes 13 liegt das als Freikolben ausgebildete Tragelement 8 an, dessen freie Seite eine aus elastischem Kunststoff gefertigte planscheibenförmige Abschlußplatte 6 trägt. Um die Abschlußplatte 6 herum liegt die sich nach außen kegelig erweiternde Leitfläche 26 des Tragelementes 8, an die sich der in Richtung der Eintrittsöffnung 15 des Ventils zeigende axiale Flansch 27 anschließt. Der Flansch 27 ist mit ra-

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dialen Öffnungen 28 versehen und an die eine Stirnseite der in das zylindrische Gehäuse 1 eingesetzten zylindrischen, stopfenförmigen Führungshülse 3 abgestützt* Das innere Ende des Verschlußstückes 2 ist ebenfalls auf dieser Führungshülse abgestützt, wobei das aufliegende Ende mit radialen Durchbrüchen 29 versehen ist. Im gleichen Bereich sind an der Wand des Gehäuses 1 Austrittsöffnungen 30 vorgesehen.

Die Führungshülse 3 besitzt eine axiale Bohrung in der ein mit Dichtring 12 abgedichteter, beweglicher, zylindrischer Teil 4 geführt wird. (Die Führungshülse 3 ist im Gehäuse durch einen weiteren Dichtring 7 abgedichtet.) Zwischen dem beweglichen Teil 4 und der Eintrittsöffnung 15 ist im Gehäuse 1 ein abgestufter zylindrischer Arbeitsraum 16 ausgebildet, in dem die den beweglichen Teil 4 in Richtung der Abschlußplatte 6 drückende Feder 11 angeordnet ist.

Der bewegliche Teil 60-f 4 hat axiale Durchgangsbohrungen 21, die eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 16 und dem zur Austrittsöffnung 30 führenden Raum sichern. Der bewegliche Teil 4 besitzt ferner eine zentrale, axiale Führungsbohrung, in der mit einem Spielsitz der Stützzapfen 5 geführt wird. Der Stützzapfen 5 hat einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kopf 31, der sich in Richtung der Abschlußplatte 6 kegelig erweitert und dessen zur Abschlußplatte 6 liegende Seite eine zur Längsachse senkrechte Ebene bildet.

Der bewegliche Teil 4 besitzt ein Anschlagelement 25 in Form eines im Arbeitsraum 16 radial umlaufenden Anschlagflansches, der im geschlossenen Ruhestand des Ventils von der als Gegenanschlag 23 ausgebildeten, umlaufenden Innenschulter der Führungshülse in axialer Richtung in einem bestimmten Abstand angeordnet ist.

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Die an der Abschlußplatte 6 anliegende Seite des beweglichen Teiles 4 bildet einen Ventilsitz in Form eines ringförmigen Flansches 24, der den Kopf 31 des Stützzapfens 5 konzentrisch umgibt. Zwischen dem Kopf 31 und dem Flansch 24 ist ein ringförmiger Spalt vorhanden.

Das Druckbegrenzungsventil arbeitet wie folgt:

Durch die Bohrung 18 wird der Gasraum 17 mit neutralem Gas unter einem gewünschten Druck gefüllt. Die so entstandene Gasfeder drückt die durch das Tragelement 8 getragene Abschlußplatte 6 an den umlaufenden axialen Flansch 24 des beweglichen Teiles 4, jedoch nur soweit, bis der Flansch des Tragelementes 8 an der Stirnseite der Führungshülse 3 anschlägt. Auf diese Weise belastet die Gasfeder bei unbelastetem Ventil die Abschlußplatte 6. Die Kraft, mit der der Flansch 24 die Abschlußplatte 6 anpreßt, wird in unbelastetem Zustand des Ventils ausschließlich durch die Feder 11 bestimmt.

Die ebene Seite des Kopfes 31 des Stützzapfens 5 liegt in dieser Stellung eben auf der Abschlußplatte 6 auf. Der ringförmige Spalt zwischen dem Kopf 31 und dem Flansch 24 des beweglichen Teiles 4 wird durch die elastische Abschlußplatte 6 abgeschlossen, so daß der Hochdruckarbeitsraum 16 durch die Durchgangsöffnungen 21 und den Raum 23 durch die Öffnungen 28 und die Durchbrüche 29 mit der Austrittsöffnung 30 nicht kommunizieren kann. In diesem Zustand besteht zwischen dem Anschlagelement 25 des beweglichen Teiles 4 und dem Gegenanschlag 32 der Führungshülse 3 in axialer Richtung der Abstand K. Wenn durch die Eintrittsöffnung 15 infolge eines langsamen Druckanstieges Arbeit8flüssigkeit in den Arbeitsraum 16 strömt, bewegt sich der bewegliche Teil 4 allmählich in Richtung des Gasraumes 17 und der Flansch 27 des Tragelementes 8 entfernt sich von der Stirnseite der Führungshülse 3. Von diesem

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Zeitpunkt an erhöht sich mit Zunahme des Druckes der Arbeitsflüssigkeit die zwischen der Abschlußplatte 6 und dem Flansch 24 wirkende Schließkraft, da sich das Volumen des Gasraumes vermindert und das Tragelement 8 nicht mehr aufliegt.

Sobald unter Einwirkung des steigenden Druckes das Anschlagelement 25 auf dem Gegenanschlag 32 aufschlägt (der Abstand K sich auf O vermindert), entfernt sich der Abschlußplatte 6 vom Flansch 24 und die Arbeitsflüssigkeit strömt aus dem Arbeitsraum 16 durch die Durchgangsöffnungen 21, den Raum 23, den Spalt zwischen dem Kopf 31 und dem Flansch 24 sowie der Abschlußplatte 6 und dem Flansch 24 sowie durch die Offnungen 28, die Durchbrüche 29 und die Austrittsöffnungen 31 heraus*

Bei einem plötzlichen (dynamischen) Anstieg des Druckes der Arbeitsflessigkeit ändert sich die Arbeitsweise des Ventils dahingehend, daß der mit dem kegeligen Kopf 31 versehene Stützzapfjen 5 aus dem Raum 23 herausgestoßen wird und mit seiner Planfläche in schonender Weise die Abschlußplatte 6 entfernt, gleichzeitig jedoch mit seiner kegeligen Fläche die mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit strömende Arbeitsflüssigkeit von der Abschlußplatte 6 in radialer Richtung ablenkt. Die Arbeitsflüssigkeit wird durch die kegelige Umleitfläche 26 des Tragelementes 8 in Richtung der öffnung 28 weitergeleitet und entweicht durch diese in Richtung des Durchbruches und der Austrittsöffnung 30. Auf diese Weise wird die Abschlußplatte 6 von der durch die dynamische Belastung hervorgerufenen Erosionswirkung befreit und die unter hohem Druck stehende Arbeitsflüssigkeit dringt nicht mehr in den Gasraum 17 ein.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Grubenstempel, das einen Arbeitsraum aufweist, der in der Betriebsstellung des Ventils über eine Eintrittsöffnung mit dem Hochdruckraum und durch eine Austrittsöffnung mit dem Niederdruckraum verbunden und in diesem Arbeitsraum ein abgedichtet, geführtes, mit einem Ventilsitz versehenes bewegliches Teil angeordnet ist, während bei geschlossenem Ventil an den Ventilsitz eine Abschlußplatte anliegt und eine den beweglichen Teil on die Abschlußplatte drückende Feder und - gegebenenfalls - eine die Abschlußplatte abstützende Feder - zweckdienlicherweise eine Gasfeder - besitzt, gekennzeichnet dadurch, daß der bewegliche Teil (4) eine in geöffnetem Zustand des Ventils eine Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung (15) und der Austrittsöffnung (30) sichernde Durchgangsöffnung (21), und einen in Richtung der Abschlußplatte (6) zeigenden mit einem, einen Kreisquerschnitt aufweisenden Kopf (31) versehenen Stützzapfen (5) besitzt, der in die im beweglichen Teil (4) vorgesehene Führungsbohrung mit einem Spielsitz eingesetzt ist, wobei der Ventilsitz als ringförmiger axialer Flansch (24) ausgebildet und der Kopf (31) des Stützzapfens (5) im Inneren dieses Flansches (24) konzentrisch angeordnet ist.
2. Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abschlußplatte (6) in ein als Freikolben ausgeführtes Tragelement (8) eingesetzt ist.
3. Ventil nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß an der zur Abschlußplatte (6) gegenüberliegenden Seite des Tragelementes (Θ) ein Dichtungselement (13), das den als Gasfeder dienenden Gasraum (17) abschließt, angeschlossen ist.

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4. Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der bewegliche Teil 4 ein Anschlagelement (25) in Form eines ringförmigen Flansches besitzt, der im zum Lösedruck gehörenden Zustand durch die Feder (11). die den beweglichen Teil (4) an die Abschlußplatte (6) preßt, an den Gegenanschlag (32) gedrückt wird.
5. Ventil nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der bewegliche Teil (4) in der Bohrung der Führungshülse (3) angeordnet und der Gegenanschlag (32) die in dieser Bohrung vorgesehene Schulter ist.
6. Ventil nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Tragelement (8) eine sich vom Rand der Abschlußplatte (6) in Richtung des beweglichen Teiles (4) nach außen kegelig erweiternde Leitfläche (26) besitzt.
7. Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Kopf (31) des Stützzapfens (5) in Richtung der Abschlußplatte (6) kegelig erweitert und seine zur Abschlußplatte (6) gerichtete Stirnseite plan ist.
8. Ventil nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das die Abschlußplatte (6) tragende Tragelement (8) einen mit radialer Öffnung (28) versehenen axialen Flansch (27) besitzt, der in geschlossenem Zustand des Ventils - zweckdienlicherweise an der den beweglichen Teil 4 aufnehmenden Führungshülse (3) - zum Anschlag gebracht ist.
9. Ventil nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der bewegliche Teil (4) mehrere axiale Durchgangsöffnungen (21) besitzt, die zu der der Abschlußplatte (6) entgegengesetzten Seite des Kopfes (31) des Stützzapfens (5) führen.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnung -

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