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Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für den hydraulischen Ausbau im untertägigen Berg- und Tunnelbau mit einem Ventilfeder und Federteller aufnehmenden Ventilgehäuse sowie einem in der dem Ventilgehäuse zugeordneten Führung gegen die Kraft der Ventilfeder verschieblichen Ventilkolben, der über ein in einer axialen Bohrung geführtes Zwischenstück auf die Ventilfeder einwirkt, wobei zwischen Ventilkolben und Federteller eine Dämpfungskammer ausgebildet ist, die mit den das Druckmedium bei Ansprechen des Ventils abführenden Querbohrungen verbunden ist.
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Solche Druckbegrenzungsventile sind grundsätzlich aus der
DE 35 08 986 A1 bekannt. Diese Druckbegrenzungsventile werden im untertägigen Bergbau und vor allem im Streb eingesetzt, um den wertvollen Ausbau vor plötzlicher Überlastung zu schützen. Solche Überlastungen treten vor allem bei Gebirgsschlägen auf, wobei die Überlastung dadurch vermieden wird, dass den Stempeln diese Druckbegrenzungsventile zugeordnet sind, die bei Überschreiten eines gewissen kritischen Drucks von beispielsweise 400 bar so weit öffnen und solche Mengen von Druckflüssigkeit aus dem Innenraum des Stempels austreten lassen, dass dieser einsinkt, ohne dass er dabei zerstört wird. Die Druckbegrenzungsventile bekannter Bauart weisen eine Ventilfeder auf, die im Ventilgehäuse zwischen dem auf den Ventilkolben aufgesetzten Federteller einerseits und der Stellschraube andererseits angeordnet ist. Über den Ventilkolben und über den Federteller wird die Ventilfeder bei auftretender Überlast zusammengedrückt, sodass der Ventilkolben in der Ventilbohrung sich verschiebt und dabei einen O-Ring überfährt, wobei das hinter ihm anstehende Druckmedium dann über das Druckbegrenzungsventil aus dem Stempel heraus in die Atmosphäre abströmen kann.
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Die
DE 198 49 829 A1 hat ein sogenanntes Federstößelventil zum Gegenstand, bei dem zwei Ventilkolben hintereinander angeordnet sind und zwar so, dass sie über den Federteller auf die Ventilfeder diese zusammendrückend einwirken, wenn die Überlast auftritt. Dabei ist der zweite Ventilkolben größer als der erste Ventilkolben ausgebildet, um auf diese Art und Weise den Druck aus den Querbohrungen bzw. den vorgeordneten sogenannten Wasserkasten mit aufzunehmen und dadurch ein verbessertes Ventilverhalten zu erzielen. Dieser zweite Ventilkolben ist dabei Teil des Federtellers, also in gewisser Hinsicht ein Federtellerstößel, dessen Bewegung durch seinen größeren Durchmesser leicht gedämpft wird. Die
DE 199 46 848 A1 zeigt ein Druckbegrenzungsventil, das durch das Vorsehen einer Dämpfungskammer das sogenannte Flattern derartiger Ventile verhindern soll. Ein Flattern kann insbesondere dann auftreten, wenn das Druckbegrenzungsventil nur kurzzeitig öffnet und dann schon wieder schließen muss. Probleme des Flatterns oder des ungleichmäßigen Öffnens und Schließens treten auch leicht auf, weil derartige Druckbegrenzungsventile außerhalb des eigentlichen Stempels angeordnet werden, sodass in der Leitung zwischen Druckbegrenzungsventil und dem Stempelraum aufgrund unterschiedlicher Geschwindigkeiten das gesamte System stark gefährdende Schwingungen auftreten. Die Dämpfungskammer verhindert das Auftreten dieser Schwingungen weitgehend, weil ein plötzliches Öffnen und Schließen des Druckbegrenzungsventils verhindert ist. Nachteilig ist allerdings, dass die Dämpfungskammer zwischen den unterschiedliche Abmessungen aufweisenden Teilen des Stufenkolbens ausgebildet ist. Ein genaues Ansprechen dieser Dämpfungskammer ist schwierig, insbesondere dann, wenn aufgrund der Führung der Verbindungsleitungen die besagten Schwingungen ungleichmäßig und sehr häufig auftreten.
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Aus der
DE 43 19 967 A1 ist ein Druckbegrenzungsventil bekannt, bei dem der bei eingetretener Überlast entstehende Staudruck durch einen sogenannten Wasserkasten neutralisiert wird, der vor dem Federraum angeordnet ist und ein entsprechend vergrößertes Volumen aufweist. Zur Anwendung kommt weiter ein Doppelkolben, d. h. der eigentliche mit Sackbohrung und Radialbohrung ausgerüstete Ventilkolben und der auf die Ventilfeder einwirkende Federkolben. Der neutralisierende Wasserkasten sorgt dafür, dass sich der Staudruck gleichzeitig auf die Ventilfeder und den Ventilkolben auswirkt. Eine die Ventilschwingungen verhindernde Dämpfung ist damit nicht erreichbar.
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Bei der
DE 43 02 080 C1 sind zwei gegen Ventilfedern arbeitende Kolben, nämlich der Steuerkolben und der Ventilkolben im Einsatz, die unterschiedlich bemaßt sind und daher zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Aktion treten. Eine sogenannte Ausgleichskammer ist zwischen beiden „Ventilen” angeordnet. Das Gesamtventil öffnet gegen den Druck der gering bemessenden kleineren Ventilfeder und des Druckmediums in der Ausgleichskammer. Ein Flattern soll wegen der kleinen Ventilfeder nicht auftreten. Das Gesamtventil ist durch eine aufwendige Bauweise gekennzeichnet.
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Noch aufwendiger baut das Gebirgsschlagventil nach der
DE 41 16 410 A1 . Es geht vor allem um eine große zu erreichende Abströmmenge der Druckflüssigkeit, wenn das Ventil wegen Überlast anspricht. Ein zwischengeschalteter Ringraum soll einen weiteren Abströmweg für die Druckflüssigkeit schaffen, nämlich durch den Federraum und durch eine seitliche Bohrung in der Federhülse. Auch das Ventil nach der
GB 15 09 459 A baut sehr aufwendig. Von einer Ausgleichskammer ist nicht die Rede. Auch bei diesem Stand der Technik ist ein genaues Ansprechen der wenn vorhandenen Ausgleichskammer nicht gesichert, wenn die besagten Schwingungen ungleichmäßig und zahlreich sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vor allem für den untertägigen Strebausbau geeignetes, einfach aufgebautes und sicher wirkendes Druckbegrenzungsventil zu schaffen, dessen zum Einsatz kommende Dämpfungskammer unabhängig vom Einsatzort im oder am Stempel voll wirksam wird und eine gezielte Dämpfungsleistung erbringt.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Dämpfungskammer dem Zwischenstück zugeordnet ist, das mit einer mit den Querbohrungen verbundenen Sackbohrung ausgerüstet ist, die einen in die Dämpfungskammer begrenzt verschieblichen Einschubstempel aufweist.
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Bei einem derart ausgebildeten gedämpften Druckbegrenzungsventil ist sichergestellt, dass bei auftretenden Druckschwankungen bzw. insbesondere Druckschlägen auch durch die unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den Leitungen Beschädigungen nicht auftreten, weil die Dämpfungskammer immer und sicher und vor allem auch schnell anspricht und dafür sorgt, dass das Druckbegrenzungsventil immer sicher und den zugeordneten Ausbaustempel sichernd wirken kann. Das die Dämpfung und damit Sicherung bewirgende Bauelement ist sicher im Druckbegrenzungsventil angeordnet und zwar so, dass der eventuell durch Druckschwankungen oder ähnliches beaufschlagte Ventilkolben entsprechend gedämpft auf die Ventilfeder und damit den Öffnungs- und Schließmechanismus einwirkt.
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Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dämpfungskammer vom Bohrungstiefsten der Sackbohrung, dem Kopf des Einschubstempels und der Sackbohrungswandung gebildet und begrenzt ist. Bei einer derartigen Ausbildung der Dämpfungskammer sind deren Abmessungen genau vorgegeben und es handelt sich um eine die Dämpfung auch wirklich sichernde Ausbildung, weil eine gleichmäßige Formgebung vorhanden ist.
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Um sicherzustellen, dass der Dämpfungsvorgang auch bei Bewegen des Ventilkolbens wirksam wird, ist vorgesehen, dass der Einschubstempel über eine Einschubbegrenzung verfügt, die ein Mindestvolumen der Dämpfungskammer wahrend ausgebildet und/oder angeordnet ist. Der Einschubstempel kann somit nicht bis zum Anschlag in die Dämpfungskammer hineingeschoben werden, sondern immer nur einen begrenzten Einschubweg, sodass der Dämpfungskammer ein Mindestvolumen zugesichert und zugeordnet ist.
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Dementsprechend bleibt auch immer eine bestimmte Menge an Druckflüssigkeit in der Dämpfungskammer auch dann, wenn das Ventil geschlossen ist.
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Eine solche Einschubbegrenzung wird gemäß der Erfindung zweckmäßig und sicher dadurch verwirklicht, dass der Einschubstempel am den Querbohrungen zugewandten Ende über einen sich gegen den unteren Rand des Federtellerstößels abstützenden Kragen verfügt. Dieser Kragen verhindert aufgabengemäß ein zu weites Einschieben des Einschubstempels in die Sackbohrung und damit in die Dämpfungskammer. Ein die Effizienz der Dämpfungskammer sicherndes Polster an Druckflüssigkeit bleibt somit immer gewährleistet und damit ist auch sichergestellt, dass bei Öffnen des Ventils zunächst Druckflüssigkeit sicher in die Dämpfungskammer einströmen kann, sodass das wieder Schließen des Ventils entsprechend verzögert wird, da erst die Druckflüssigkeit aus der Dämpfungskammer wieder herausgedrückt werden muss.
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Ein „ungehemmtes Einströmen” der Druckflüssigkeit über den Ringspalt zwischen Einschubstempel und Federtellerstößel wird dadurch gewährleistet, dass der Kragen gegenüber der Außenwand des Federtellerstößels zurückspringend ausgebildet und der untere Rand des Federtellerstößels angefast ist. Damit ist für die Druckflüssigkeit der Weg vorgegeben, um durch den besagten Ringspalt hindurch in die Dämpfungskammer einströmen zu können.
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Ein den Vorgang nicht unterstützendes Abströmen von Druckflüssigkeit in den Federraum hinein wird zweckmäßigerweise dadurch verhindert, dass der axialen Bohrung federraumseitig ein gegen die Außenwand des Federtellerstößels abdichtender O-Ring zugeordnet ist. Damit kann Druckflüssigkeit nur durch den Ringspalt abströmen, wenn innerhalb der Querbohrungen bzw. des vorgeordneten Wasserkastens entsprechender Druck ansteht. Der O-Ring verhindert das Eindringen in den Federraum und verhindert damit gleichzeitig eine Verschmutzung dieses Bereiches und eventuelle Beeinflussung der Ventilfeder.
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Weiter vorn ist bereits darauf hingewiesen worden, dass der Federteller die Ventilfeder abstützt, die am gegenüberliegenden Ende gegen die Stellschraube andrückt. Ein sicheres Aufliegen der Ventilfeder auf dem Federteller ist gesichert, weil gemäß der Erfindung der Federtellerstößel federraumseitig einen Rundkragen aufweist, der einmal als Widerlager für die Ventilfeder und einmal als Einschubbegrenzung für den Federtellerstößel dienend ausgebildet ist. Genauer gesagt bildet der Rundkragen zusammen mit dem in den Federraum hineinreichenden Teil des Federtellerstößels den bekannten Federteller, weil der in den Federraum hineinreichende Stößelteil eine Führung der Ventilfeder zusätzlich mitbewirkt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dem Einschubstempel ein gegen die Sackbohrungswandung schleifend angeordneter Abdicht-O-Ring zugeordnet ist, wobei die Dämpfungskammer über eine dem Einschubstempel zugeordnete Versorgungsbohrung mit den Querbohrungen verbunden ist. Hier dient also nicht der Ringspalt zwischen Einschubstempel und Federtellerstößel als Verbindung zu den Querbohrungen und dem Wasserkasten, sondern es wird gezielt eine Bohrung dafür vorgesehen, weshalb es dann auch zweckmäßig und notwendig ist, dem Einschubstempel einen entsprechenden Abdicht-O-Ring zuzuordnen, um nämlich den Ringspalt zu verschließen. Denkbar ist es zwar auch, den Ringspalt zusätzlich einzusetzen, doch ist wegen der optimalen Funktionsweise die beschriebene Ausführung zweckmäßig. Die Versorgungsbohrung sorgt dafür, dass die Dämpfungskammer immer in direkter und praktisch ungedrosselter Verbingung zu den das Druckmedium abführenden Querbohrungen steht.
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Die genaue Führung des Druckmediums in die Dämpfungskammer ist insbesondere dann gegeben, wenn die Versorgungsbohrung über einen axialen Stamm und mindestens eine davon rechtwinklig abgehende Kragenbohrung verfügt. Da der Kragen des Einschubstempels nicht bis an die Wandung der axialen Bohrung heranreicht, ist ein entsprechender Zufluss immer gesichert und zwar ein ungedrosselter Zufluss. Gleichzeitig kann das Druckmedium natürlich auch bei entsprechender Auflast durch die Ventilfeder gleichmäßig abströmen, wenn der Ventilkolben in die Ausgangslage zurückfährt bzw. wenn die Überlast nicht mehr auf den Stempel einwirkt.
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Ein möglichst optimaler Weg für das Druckmedium auch vor allem im Bereich des Kragens des Einschubstempels ist gegeben, wenn der Kragen rundum abgerundete Kanten aufweist. Er kann dennoch seine Begrenzungs und Führungsfunktion erfüllen, wobei das Druckmedium gezielt um die abgerundeten Kanten herumgeführt werden kann.
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Der Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein sicher funktionierendes gedämpftes Druckbegrenzungsventil geschaffen ist, das im Aufbau einfach und sicher ist, das ohne zusätzliche Federn und ähnliche Bauteile auskommt und das schon aufgrund der kompakten Bauweise sich gerade für den untertägigen Bergbau besonders eignet. Die Dämpfungskammer ist vorteilhafterweise so angeordnet und so ausgebildet, dass ein sicherer Mindestinhalt sich immer in der Dämpfungskammer befindet und damit auch eine dauernd sichere Betätigung bzw. Funktionsweise des Druckbegrenzungsventils gegebenist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine Gesamtansicht des Druckbegrenzungsventils im Längsschnitt,
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2 einen Schnitt durch den Bereich der Dämpfungskammer mit Verbindung der Dämpfungskammer und den Querbohrungen über einen Ringspalt sowie
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3 einen Schnitt durch den Bereich der Dämpfungskammer mit Verbindung zwischen Dämpfungskammer und Querbohrungen über eine Verbindungsbohrung.
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Bei dem in 1 wiedergegebenen Druckbegrenzungsventil 1 ist die Ventilfeder 3, die Stellschraube 4 mit der Schraubenbohrung 5 und dem Federteller 16 aufnehmenden Ventilgehäuse 2 erkennbar. Außerdem ist erkennbar, dass sich die Ventilfeder 3 einmal an der Stellschraube 4 und zum anderen am Federteller 16 abstützt. Bei der Wiedergabe des Federtellers 16 ist dieser bzw. sind die dazugehörigen Teile teilweise im Schnitt, teilweise nicht im Schnitt wiedergegeben.
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Über ein nicht näher gekennzeichnetes Gewinde ist das Ventilgehäuse 2 mit einer Führung 6 verbunden, die eine Kolbenbohrung 7 aufweist, in der Ventilkolben 10 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Ventilkolben 10 wird über die Führung 6 zuströmende Druckflüssigkeit belastet und bei entsprechender vorgegebener Überlast bzw. Belastung gegen die Ventilfeder 3 in der Kolbenbohrung 7 verschoben. Dabei überfährt der Ventilkolben 10 die O-Ringdichtung 9, sodass das Druckmedium über die Radialbohrungen 17 in den sogenannten Wasserkasten bzw. in die Querbohrungen 13, 14 abströmen kann.
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Die Führung 6 verfügt über ein Außengewinde 8, um das gesamte Druckbegrenzungsventil 1 beispielsweise mit dem Hydraulikstempel im Streb verbinden zu können.
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Im Bereich des nicht näher bezeichneten Verbindungsgewindes zwischen Ventilgehäuse 2 und Führung 6 weist die Führung 6 eine axiale Bohrung 11 auf, in der ein Zwischenstück 12 angeordnet ist, das die Ventilfeder 3 bzw. den Federteller 16 entsprechend belastet. Hier ist eine Dämpfungskammer 15 angeordnet, deren Funktion weiter hinten noch erläutert wird.
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Das Zwischenstück 12 wird durch den Federtellerstößel 18, der hier Teil des Federtellers 16 ist und einen in einer Sackbohrung 19 des Federtellerstößels 18 verschiebbaren Einschubstempel 20 gebildet. Zwischen beiden, d. h. also zwischen dem Bohrungstiefsten 22, der Sackbohrungswandung 23 und dem Kopf 25 des Einschubstempels 20 ist die schon erwähnte Dämpfungskammer 15 ausgebildet.
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Bei der Ausbildung nach 1 und 2 ist die Dämpfungskammer 15 über den Ringspalt 29 mit den Querbohrungen 13, 14 bzw. dem Wasserkasten 21 verbunden. Das Druckmedium strömt um den Kragen 28, der das den Querbohrungen 13, 14 zugewandte Ende 27 des Einschubstempels 20 bildet in den entsprechenden Ringraum zwischen Kragen 28 und axialer Bohrung 11 bzw. deren Wand hinein, dann in den Bereich des unteren Randes 24, der angefast ist und von dort in den Ringspalt 29, um so die Dämpfungskammer 15 zu erreichen. Beim Abströmen des Druckmediums aus der Dämpfungskammer 15 ist der umgekehrte Weg einzuhalten.
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Zweckmäßigerweise ist der axialen Bohrung 11 bzw. der Führung 6 in diesem Bereich ein gegen die Außenwand 30 des Federtellerstößels 18 abdichtender O-Ring 32 vorgesehen, sodass Druckflüssigkeit über diesen Weg nicht in den Federraum 31 des Ventilgehäuses 2 gelangen kann.
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Der Federtellerstößel 18 verfügt im Bereich des Federraums 31 über einen Rundkragen 33, der gleichzeitig auch als Einschubbegrenzung für den Federtellerstößel 18 und damit das gesamte Zwischenstück 12 dient. Bei der Darstellung nach 1 und 2 ist einmal der geöffnete und einmal der geschlossene Zustand des Ventils wiedergegeben, sodass auch die Funktionsweise des Ventils erkennbar ist.
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Nach 3 ist statt des Verbindungsweges über den Ringspalt 29 für die Druckflüssigkeit zur Dämpfungskammer 15 eine Versorgungsbohrung 36 im Einschubstempel 20 vorgesehen. Diese Versorgungsbohrung 36 verfügt über einen axialen Stamm 37 und eine Kragenbohrung 38, sodass das Druckmedium entsprechend in die Dämpfungskammer 15 einströmen bzw. aus dieser wieder herausströmen kann. Auch hier wird eine genaue Menge dadurch gesichert, dass ein Abdicht-O-Ring 35 vorgesehen ist, der den vorher erwähnten Ringspalt 29 hier verschließt, sodass das Druckmedium gezielt nur durch die Versorgungsbohrung 36 strömen kann.
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Der Kragen 28 wirkt als Einschubbegrenzung 26 für den Einschubstempel 20, wobei die Kanten 40 zweckmäßigerweise abgerundet oder abgefast sind, um den Widerstand der beim Abströmen bzw. Vorbeiströmen des Druckmediums in Richtung Ringspalt bzw. Versorgungsbohrung 36 weitgehend einzuschränken.
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Wird der Ventilkolben 10 durch das Druckmedium im Bereich der Kolbenbohrung 7 aus seinem Sitz herausgeschoben, so muss er zunächst das in der Dämpfungskammer 15 anstehende Druckmedium beispielsweise durch den Ringspalt 29 herausdrücken, bevor die Ventilfeder 3 beansprucht wird und zusammengedrückt wird. Erst wenn der Einschubstempel 20 die in 2 gezeigte Position eingenommen hat, d. h. am unteren Rand 24 des Federtellerstößels 18 anliegt, können diese beiden gemeinsam den Federteller 16 mit bildend in Richtung Ventilfeder 3 verschoben werden. Erst jetzt kann das Druckmedium über den Wasserkasten 21 und die Querbohrungen 13, 14 abströmen.
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Lässt der Druck im Bereich der Kolbenbohrung 7 nach, so kann umgekehrt die Kraft der Ventilfeder 3 zunächst einmal nur gedämpft wirksam werden, weil Druckmedium zunächst einmal durch den Ringspalt in die Dämpfungskammer 15 zurückströmt, weil dort ein entsprechender Druckstau herrscht. Erst wenn hier ein entsprechender Ausgleich geschafft ist, schiebt die Ventilfeder 3 das gesamte Zwischenstück 12 und dann auch den Ventilkolben 10 in die Ausgangsposition jenseits der O-Ringdichtung 9 zurück.
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Alle genannten Merkmale, auf die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.
