DE1090610B - UEberdruckventilsatz, insbesondere fuer hydraulische Grubenstempel - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Ventilsatz, aus mehreren Überdruckventilen bestehend, bei dem mehrere Überdruckventile von einer gemeinsamen Arbeitsfeder gesteuert werden.

Es ist bereits bekannt, mehrere Überdruckventile an einen gemeinsamen Druckraum anzuschließen. Dies ergibt eine größere Sicherheit bei Auftreten von Überdruck, insbesondere bei plötzlich auftretenden Überdrücken. Bei allen bisher bekannten Mehrfachanordnungen solcher Überdruckventile sind jedoch die Überdruckventile jedes für sich durch eine Feder gesteuert. Das erfordert einen beträchtlichen Aufwand für die räumliche Unterbringung der Arbeitsfedern, insbesondere bei Hochdruckanlagen. Bei Hydraulikaggregaten, wie z. B. hydraulischen Grubenstempeln, deren Baumaße beschränkt sind, erfordert die Unterbringung mehrerer Überdruckventile der bekannten Bauart einen Kosten- und Raumaufwand, der einerseits nicht gerechtfertigt und andererseits oft nicht mehr unterzubringen ist. Bei hydraulischen Grubenstempeln ist es auf der anderen Seite jedoch zu einer Notwendigkeit geworden, mehrere Überdruckventile, womöglich unterschiedlicher Ansprechdrücke und Durchflußmengen, anzuordnen, da neben der normalen Beanspruchung auch plötzliche Überbeanspruchungen durch Gebirgsschläge od. dgl. auftreten können, denen ein einziges Ventil durchflußmengenmäßig nicht mehr gewachsen ist. Außerdem arbeitet ein Ventil mit großem Durchfluß querschnitt im normalen Arbeitsbereich, d. h. beim langsamen Einsinken des Stempels unter Nennlast, nicht mehr genau genug. Die Differenzen zwischen Öffnungs- und Schließdrücken werden zu groß. Deshalb ist man zu druckgesteuerten Überdruckventilen übergegangen, bei denen die Steuerkolbenfläche jedoch zum Ventilabflußquerschnitt in einem bestimmten Verhältnis stehen muß. Der Steuerkolben muß daher eine relativ große Fläche besitzen und bedarf einer entsprechend großen Steuerfeder, deren Einbau viel Platz beansprucht.

Es ist auch bekannt, die Steuerfeder eines Überdruckventil als Schließglied für ein· Entlastungsventil auszubilden. Hierbei handelt es sich jedoch nur um ein einziges Überdruckventil, während das Entlastungsventil von Hand betätigt werden muß.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bisherigen Mehrfachanordnung von Überdrückventilen dadurch, daß zwei oder mehrere Überdruckventile von einer einzigen gemeinsamen Arbeitsfeder gesteuert werden. Hierbei können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Ventile unterschiedliche so Ansprechdrücke und unterschiedliche Durchflußmengen aufweisen, wobei jedem Ventil ein bestimmter Arbeitsbereich der gemeinsamen Feder zugeordnet ist. Der Ansprechdruck der Überdruckventile kann dabei üb er druckventilsatz,

insbesondere für hydraulische

Grubenstempel

Anmelder:

BWG Bergwerk-

und Walzwerk-Maschinenbau G. m. b. H.,
Duisburg, Mercatorstr. 74

Oskar Noe, Mülheim/Ruhr-Speldorf,

und Wolfgang Reiners, Kapellen über Moers,

sind als Erfinder genannt worden

außer durch die Vorspannung der Feder auch durch einstellbare Begrenzungsanschläge verstellbar sein. Darüber hinaus kann auch eines oder können alle in dem Ventilsatz angeordneten Überdruckventile zusätzlich von Hand oder mechanisch geöffnet werden, so daß sie auch als Entlastungsventile benutzt werden können. Die Ausbildung der Ventile ist hierbei von untergeordneter Bedeutung. Es können sowohl einfache Überdruckventile in Form von Kugel- oder Kegelventilen wie auch druckgesteuerte Ventile von einer einzigen gemeinsamen Arbeitsfeder gesteuert werden. Die Ventile können hierbei nebeneinander oder auch ineinander eingebaut angeordnet sein.

Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt in dem geringen räumlichen Aufwand für das zweite, dritte oder vierte Ventil. Insbesondere senken sich die Herstellungskosten ganz erheblich, was für in großen Stückzahlen hergestellte Hydraulikaggregate, wie hydraulische Grubenstempel, hydraulische Arbeitszylinder usw., von wesentlicher Bedeutung ist. Die Ansprechdrücke der Überdruckventile eines Ventilsatzes können untereinander gleich sein. Meist jedoch ergibt sich durch die Arbeitsbedingungen, daß die Überdruckventile mit unterschiedlichen Ansprechdrücken wirksam sein sollen, wozu sich meist noch die Forderung gesellt, daß die Ventile mit höheren Ansprechdrücken größere Durchflußquerschnitte aufweisen sollen. Das ist bei dem erfindungsgemäßen Ventilsatz durchaus möglich, obwohl alle Ventile nur eine gemeinsame Arbeitsfeder haben.

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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungen eines solchen Ventilsatzes dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Ventilsatz mit zwei Überdruckventilen in Nebeneinanderanordnung, schematisch dargestellt,

Fig. 2 einen Ventilsatz mit zwei Überdruckventilen ineinander eingebaut, schematisch dargestellt,

Fig. 3 einen Ventilsatz mit ineinandergebauten Überdruckventilen im Querschnitt.

In der Fig. 1 ist das Ventilgehäuse mit 1, die gemeinsame Arbeitsfeder mit 2, das Überdruckventil mit geringerem Durchflußquerschnitt mit 3 und das mit größerem Durchflußquerschriitt mit 4 bezeichnet. Der Druckzutritt zu den Ventilen erfolgt über die Kanäle 5, 6, der Druckaustritt über den Kanal 7. Das Ventil 4 ist mit einem Differentialkolben 8 zum teilweisen Druckausgleich der beaufschlagten Ventilfläche ausgestattet, und sein Ansprechdruck ist durch die Vergrößerung oder Verkleinerung des Differentialkolbens 8 beliebig wählbar. Das Überdruckventil 3 besitzt einen der Vorspannung der Feder entsprechenden festen, nicht verstellbaren Ansprechdruck. Er kann kleiner oder größer sein als der des Überdruckventils 4. Bei Überdruck können beide Ventile, wenn sie für gleiche Ansprechdrücke ausgelegt sind, gleichzeitig öffnen. Zweckmäßig -ist es jedoch, das Ventil mit dem kleineren Durchflußquerschnitt mit einem niedrigeren Ansprechdruck wirken zu lassen als das Ventil mit dem größeren Durchflußquerschnitt. Von dieser Voraussetzung ausgehend würde sich das Ventil 3 bei einem Überdruck öffnen und den Überdruck wieder abbauen, solange die nachströmende Flüssigkeit nicht größer ist als die Durchflußmenge dieses Ventils. Ist die Nachflußmenge jedoch größer, würde der Druck weiterhin ansteigen und schließlich das Ventil 4 öffnen, so daß größere Durchflußmengen hindurchtreten können und der Überdruck mit Sicherheit abgebaut wird. Zur Begrenzung der Ventilwege sind im Ventilgehäuse Anschläge 9 bzw. 10 vorgesehen. Darüber hinaus kann das Überdruckventil 4 durch einen von Hand oder mechanisch betätigten Stößel 11 geöffnet werden, so daß es dann auch als Entlastungsventil wirksam ist.

In der Fig. 2 ist ein Überdruckventil mit einem darin eingebauten druckgesteuerten Überdruckventil schematisch dargestellt. In der Figur ist das Ventilgehäuse mit 12, das Überdruckventil mit größerem Durchflußquerschnitt mit 13 und das mit kleinem Durchflußquerschnitt mit 14 bezeichnet. Beide Ventile werden von einer gemeinsamen Arbeitsfeder 15 gesteuert. Der Druckzutritt erfolgt über den Kanal 16, der Druckaustritt über die Kanäle 17 und 18. Bei diesem Ventilsatz ist das Ventilgehäuse 19 für das druckgesteuerte Überdruckventil 14 im Inneren des Ventilkörpers 13 verschieblich angeordnet. Der Hohlraum 20 in Inneren des Ventilkörpers 13 wird durch eine Bohrung 21 mit dem Druckraum in Verbindung gebracht. Die Arbeitsweise des Ventils ist folgende:

Bei wachsenden Drücken verschiebt sich zunächst das Ventilgehäuse 19 im Inneren des Ventilkörpers 13 gegen den Druck der Feder 15, die an Schultern 22 des Ventilgehäuses 19 angreift. Ist ein bestimmter, durch die Verstellschraube 23 regulierbarer Ansprechdruck erreicht, so öffnet sich das Ventil 14, und die Druckflüssigkeit kann durch die Stößelbohrung 24 und die Kanäle 17 und 18 entweichen. Währenddessen wird der Ventilkörper 13 durch die Wirkung des Druckes in Schließstellung gehalten. Der Druck wirkt einmal auf die ringförmige Fläche 25 und die kreisförmige Fläche 26. Die kreisförmige Fläche 26 hat jedoch eine größere Fläche als die ringförmige Fläche 25, so daß der Ventilkörper 13 bei wachsendem Druck immer stärker auf seinen Sitz 27 aufgedrückt wird. Wächst der Druck schneller, als er durch das Ventil 14 abgebaut werden kann, fährt der Ventilkörper 19 noch weiter vor, bis daß seine Schulter 28 an einer entsprechenden Schulter 29 des Ventilkörpers 13 zur Anlage kommt. Hierdurch wird die Druckwirkung des Druckmediums auf die kreisförmige Fläche 26 wieder kompensiert. Der Sitzdruck verringert sich mit

ίο wachsendem Flüssigkeitsdruck. Er wird schließlich gleich Null, und der Ventilkörper 13 hebt sich von seinem Sitz ab und läßt Druckflüssigkeit durch den Kanal 18 austreten. In diesem Arbeitsbereich wirkt die Feder 15 dann über die Schultern 22 unmittelbar auf den Ventilkörper 13, so daß hier zum Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Ventilsatz der Federarbeitsbereich aufgeteilt ist auf das Ventil 14 und das Ventil 13. Selbstverständlich muß darauf geachtet werden, daß die Stellschraube 23 so eingestellt ist, daß das auf niederen Druck ansprechende Ventil 14 in seinem Öffnungsbereich noch nicht mit der Schulter 28 an der entsprechenden Schulter 29 des Ventilkörpers 13 anliegt. Dieser Ventilsatz arbeitet also mit unterschiedlichen Arbeitsdrücken und unterschiedlich großen Durchflußmengen, derart, daß dem Ventil mit kleinem Durchflußquerschnitt ein geringerer Ansprechdruck und dem Ventil mit großem Durchflußquerschnitt ein höherer Ansprechdruck zugeordnet ist. Der Unterschied der Ansprechdrücke richtet sich nach den jeweiligen Erfordernissen. Bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Ventilsatzes nach der Fig. 2 auf hydraulische Grubenstempel empfiehlt es sich, den höheren Ansprechdruck etwa um 5 bis 25 % höher zu legen als der geringere Ansprechdruck für das Ventil

14. Damit der Ventilsatz auch mechanisch oder von Hand entlastet werden kann, ist ein Stößel 30 vorgesehen, der den Ventilkörper 13 von seinem Sitz mechanisch abhebt und damit eine Entlastung des Druckraumes herbeiführt.

In der Fig. 3 ist ein Ventilsatz ähnlich der Fig. 2 dargestellt, der insbesondere für hydraulische Grubenstempel geeignet ist. Bei solchen Stempeln wird bei normalem Arbeitsverlauf nur eine außerordentlich geringe Flüssigkeitsmenge durch das Überdruckventil hindurchtreten, so daß dieses nur geringe Durchflußquerschnitte aufzuweisen braucht. An dieses auch oft als Sinkventil bezeichnete Überdruckventil werden jedoch hohe Anforderungen in bezug auf die Genauigkeit des Ansprechens gestellt. Bei plötzlich auftretenden Gebirgsschlägen oder Abrissen des Deckgebirges in unterirdischen Grubenbetrieben kommt es jedoch zum gewaltsamen Einschub dieser Stempel mit außerordentlich hohen Drücken, die ein normales Sinkventil wegen seines geringen Durchflußquerschnittes nicht mehr abbauen kann. Deswegen ist es erforderlich, ein zweites Überdruckventil mit großem Durchflußquerschnitt anzuordnen, an dessen genaues Arbeiten in Hinsicht auf die Differenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck aber keine großen Forderungen gestellt werden. Da zum Entlasten eines hydraulischen Grubenstempels auch möglichst große Durchflußquerschnitte für den Durchtritt des Druckmediums notwendig sind, bietet sich ein solches Überdruckventil mit großem Durchflußquerschnitt auch als Entlastungsventil an.

Alle diese oben geschilderten Forderungen sind in dem Ventil nach der Fig. 3 erfüllt. Das Überdruckventil 31 mit geringem Durchflußquerschnitt, in der Folge als Sinkventil bezeichnet, ist im Inneren des Überdruckventils 32 verschieblich angeordnet und wird über den Druckkanal 33, die Bohrungen 34 und

35 vom Druck beaufschlagt. Es verschiebt sich gegen den Druck der Feder 36 so weit, bis es durch den Stößel 37 von seinem Sitz abgehoben wird. Durch eine Verstellung der Anschlagschraube 38 kann der Arbeits- · bereich des Ventils eingestellt werden. Eine grobe Einstellung kann auch durch die entsprechende Vorspannung der Feder 36 vorgenommen werden. Das Ventilgehäuse 39 des Sinkventils 31 besitzt wiederum eine Schulter 40, die gegen entsprechende Anschläge od. dgl. 41 des Ventils 32 zur Anlage kommt, wenn es den Überdruck nicht mehr allein abbauen kann. Das vordere Ende des Ventilgehäuses 39 wirkt über einen Druckkörper 42 auf die Feder 36. Der Druckkörper 42 besitzt Ansätze 43, mit denen er auf den Körper des Ventils 32 die Federkräfte der Feder 36 übertragen kann, wenn der Ventilsatz wie gezeichnet in drucklosem Zustand sich befindet. Im normalen Arbeitsbereich des Sinkventils 31 liegt die Schulter 40 an den Anschlägen 41 od. dgl. nicht an.. Ebenso wirkt die Feder 36 nicht auf den Ventilkörper des Ventils 32 ein. Das Ventil 32 wird lediglich durch den hydraulischen Druck, der auf die kreisförmige Fläche 44 und die ringförmige Fläche 45 einwirkt, auf seinen Sitz 46 gedrückt. Auch hier ist die Fläche 44 größer als die ringförmige Fläche 45. Durch die Differentialwirkung dieser beiden Flächen kann die Feder 36 relativ klein gehalten werden. Übersteigt der Überdruck das Schluckvermögen des Sinkventils 31, so fährt dieses im Inneren des Ventils 32 weiter vor, bis daß die Schultern 40 zur Anlage an die Anschläge 41 gelangen. Die Fläche 44 wird dadurch kompensiert, und die auf die ringförmige Fläche 45 wirkenden hydraulischen Drücke gewinnen das Übergewicht und betätigen das Ventil 32 im Sinne des Öffnens. Es wird ein sehr großer Durchflußquerschnitt frei, der Überdruck wird rasch abgebaut. Die Feder 36 gewinnt wieder das Übergewicht, sie löst den Ventilkörper 39 mit seiner Schulter 40 von den Anschlägen 41 im Sinne des Schließens. Die vom hydraulischen Druck beaufschlagte Fläche 44 ist nicht mehr kompensiert und schließt das Ventil 32. Das Ventil 32 kann durch die Betätigung mit einem Stößel 47 auch von Hand oder mechanisch geöffnet werden. Somit ist in dem Ventilsatz alles enthalten, was ventilmäßig zum Betrieb eines hydraulischen Grubenstempels notwendig ist, wie Sinkventil, Gebirgsschlagventil und Raubventil, wobei nur eine einzige Arbeitsfeder die Ventile steuert.

Selbstverständlich können nicht nur zwei, sondern auch drei oder vier Ventile von dieser einen Arbeitsfeder aus gesteuert werden. So ist es durchaus denk- bar, den Ventilsatz nach der Fig. 3 zur rechten Seite hin noch mal so auszubilden wie zur linken Seite, so daß dann insgesamt vier Ventile von einer einzigen Feder gesteuert werden. Das kann von Bedeutung sein, wenn gespannartige hydraulische Ausbaurahmen verwendet werden, die über mehrere hydraulische Stützelemente verfügen.

Die Erfindung vereinfacht die Herstellung eines Ventilsatzes mit mehreren Überdruckventilen ganz erheblich — es wird etwa 50% Raumersparnis erzielt — und ermöglicht getrennte Arbeitsweise zweier Überdruckventile in einem gemeinsamen Druckmittelbehälter od. dgl. Die Ventile können für unterschiedliche Ansprechdrücke und unterschiedliche Durchflußquerschnitte ausgelegt sein, und sie können darüber hinaus sogar noch mechanisch als Entlastungsventile betätigt werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Überdruckventilsatz, insbesondere für hydraulische Grubenstempel, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Überdruckventile von einer gemeinsamen Arbeitsfeder gesteuert werden.

2. Überdruckventilsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Überdruckventile unterschiedlicher Ansprechdrücke und unterschiedlicher Durchflußmenge von einer gemeinsamen Arbeitsfeder gesteuert werden, derart, daß die Feder in einem Teil ihres Arbeitsbereiches für das erste, in einem anderen für das zweite und in einem weiteren für das dritte usw. Überdruckventil wirksam ist.

3. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ventilsatz eingebauten Überdruckventile als Differentialventile, Kugel- oder Kegel- oder druckgesteuerte Ventile ausgebildet sein können.

4. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil mit geringem Durchflußquerschnitt im Innern eines Überdruckventils mit größerem Durchflußquerschnitt angeordnet ist.

5. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf geringere Drücke eingestelltes, druckgesteuertes Überdruckventil in ein Überdruckventil für große Durchflußquerschnitte verschieblich eingebaut ist und es nach Überschreiten des für ihn vorgesehenen Arbeitsweges durch Anschläge od. dgl. seine Verschiebekraft auf den Schließkörper des größeren Überdruckventils im Sinne des Öffnens überträgt.

6. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Überdruckventile die Ansprechdrücke und Durchflußquerschnitte etwa proportional sind, derart, daß ein Ventil mit kleinem Ansprechdruck geringe Durchflußquerschnitte aufweist, das mit höherem Ansprechdruck größere Durchflußquerschnitte aufweist usw.

7. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere der Überdruckventile mechanisch geöffnet werden können.

8. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf hydraulische Grubenstempel alle für die Funktion des Stempels wichtigen und erforderlichen Überdruck- und Entlastungsventile in einem gemeinsamen Ventilgehäuse untergebracht sind.

9. Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überdruckventil als Differentialventil und ein zweites als druckgesteuertes Überdruckventil ausgebildet ist.

10: Überdruckventilsatz nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf hydraulische Grubenstempel das Ventil mit größerem Durchflußquerschnitt auf einen 5 bis 25% höheren Ansprechdruck eingestellt ist als das Überdruckventil mit geringerem Durchflußquerschnitt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 059 733, 1 014 501.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©· 009 627/81 10.60