DE1145122B - Hydraulischer Grubenstempel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Grubenstempel, bei dem die bei Belastung auftretende Werkstoffverformung zur Steuerung des Überdruckventils ausgenutzt wird.

Bei hydraulischen Grubenstempeln ist es bereits bekannt, das Überdruckventil mit einem Dehnstab auszustatten. Bei der bekannten Ausführungsform eines solchen Überdruckventils sitzt das eine Ende des Dehnstabes fest in einer Wand des Druckraumes des Grubenstempels, während das andere Ende den Ventilkörper trägt. Beide Enden sind mit Aufschlagflächen versehen, auf die das in dem Grubenstempel benutzte Strömungsmittel einwirkt. Hat der Druck des Strömungsmittels einen bestimmten Betrag erreicht, so ist der Dehnstab so stark beaufschlagt, daß sich der Ventilkörper von dem Ventilsitz abhebt.

Eine derartige Einrichtung weist insoweit Nachteile auf, als zunächst der Ventilkörper im unbelasteten Zustand mit einer Vorspannung gegen den Ventilsitz gepreßt werden muß, wenn verhindert werden soll, daß der Ventilkörper sich bereits bei relativ geringen Drücken des Strömungsmittels von seinem Sitz abhebt. Diese Vorspannungwirkt sich jedoch ungünstig sowohl auf den Dehnstab wie auf den Ventilsitz aus. Zum anderen haftet dieser Einrichtung der Nachteil an, daß das Überdruckventil nur unmittelbar auf den Druck des Strömungsmittels und nicht unmittelbar auf den vom Hangende auf den Stempel ausgeübten Druck anspricht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Grubenstempel zu schaffen, dessen Überdruckventil so eingestellt werden kann, daß es sich bei einer vorbestimmten, auf den Stempel ausgeübten Druckbelastung öffnet.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß ein im Oberstempel gehaltenes einstellbares, das Überdruckventil steuerndes Element von der bei Belastung auftretenden Verkürzung des Oberstempels nicht betroffen wird und seine Länge unverändert beibehält.

Dadurch wird erreicht, daß die durch den Druck des Hangenden verursachte Längenveränderung des Oberstempels zur Betätigung des Überdruckventils ausgenutzt wird. Durch die verhältnismäßig große Länge des Oberstempels ist es dabei möglich, den kritischen Hangenddruck, bei dem die Betätigung des Überdruckventils einsetzt, genau zu bestimmen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zur Vergrößerung des Dehnungsunterschiedes auf dem Boden des Unterstempels ein Rohr befestigt und auf diesem ein mit dem Oberstempel verbundenes und bei Belastung eine Längung erfahrenes Rohr glei-

Hydraulischer Grubenstempel

Anmelder:

Dowty Mining Equipment Limited,

Ashchurch, Tewkesbury, Glos,

(Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Februar 1959 (Nr. 6189)

Michael John Marlow, Cheltenham (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

tend angeordnet, das nach oben durch ein Kopfteil abgeschlossen ist und zur Aufnahme des Druckraumes dient. Durch diese besondere Ausführangsform, gemäß der der Oberstempel zwei ineinandergesetzte Rohre umfaßt, die an ihrem unteren Ende miteinander verbunden sind, wird eine weitere Erhöhung der Genauigkeit hinsichtlich der Einstellung der Überdruckventilbetätigung erreicht. Die Längenänderungen beider Rohre infolge des Hangenddruckes — beim äußeren Rohr eine Verkürzung und beim inneren Rohr eine Dehnung — addieren sich.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt, teilweise Seitenansicht, einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Vertikalschnitt, teilweise Seitenansicht,

einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Stempel mit einem

Außenstempel 10, welcher eine an seinem unteren Ende angeordnete Grundplatte 11 und einen an seinem oberen Ende befestigten Lagerring 12 aufweist. Der Innenstempel besteht aus einem Rohr 13, welches gleitend in den Lagerring 12, in dem ein Abstreifring 14 angeordnet ist, eintritt, während sein unteres Ende einen inneren Lagerring 15 und einen Kolbenkopf 16 trägt, welche beide in der Bohrung 17 des Außenstempels 10 gleiten. Gegen die Schulter 19

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auf der unteren Seite des Kolbens 16 liegt eine Hochdruckstopfbuchsenpackung 18 an und wird durch einen an dem Kolben 16 befestigten Haltering 21 festgestellt. Am oberen Ende des Innenstempels 13 ist ein Aufsatzstück 22 befestigt, über dem ein Stempelkopf 23 zur Zusammenwirkung mit dem Hangende angeordnet ist, die durch einen Bolzen 24 auswechselbar befestigt ist. Der Hohlraum 25 innerhalb des Innenstempels ist zur Atmosphäre geöffnet, und zwar durch ein Loch 26 in dem Aufsatzstück 22 und durch den Spalt in der in dem Aufsatzstück 22 und dem Stempelkopf 23 befindlichen Bohrung 27, durch welche der Bolzen 24 verläuft.

Die Druckkammer 28, die zwischen dem Außenstempel 10, der Grundplattell und dem Kolben 16 eingeschlossen ist, wird durch ein Zuführrohr 29 mit einem Einlaßventil 31 verbunden, welches in dem Außenstück 22 angeordnet ist und ein federbelastetes Rückhalt-Kugelventil 32 aufweist. Das Einlaßventil 31 kann mit einer äußeren unter Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeitsquelle verbunden werden, wobei die Vorrichtung, von der die hydraulische Flüssigkeit kommt, leicht mit der Nut 33 in dem Einlaßventil 31 verbunden oder von ihr getrennt werden kann.

In der Mitte des Kolbens 16 ist ein zylindrisches Ventilgehäuse 34 angeordnet, welches mit einer Mittelbohrung 35 versehen ist, die zu einem kreisförmigen Ventilsatz 36 führt. Der Ventilsatz 36 hat einen geringeren Durchmesser als die Bohrung 35. Ein in einem zylindrischen Führungskörper 38 angeordnetes Kugelventil 37 wird durch eine Feder 39 nach oben gegen den Sitz 36 gedrückt, wobei der Körper 38 in der Bohrung 35 gleitet und die Feder 39 zwischen dem Körper 38 und einem mit einer Öffnung versehenen Haltebolzen 41 angeordnet ist. Der Haltebolzen 41 wird durch einen Federsprengring 42 in dem Ventilgehäuse befestigt. Ein zwischen dem Kolben 16 und dem Gehäuse 34 angeordneter Kanal 44 führt zu einer Ausnehmung 45 in der Bohrung 35, um auf der Druckseite des Ventilsitzes 36 eine Verbindung zwischen der Druckkammer 28 und der Kugeloberfläche 37 herzustellen.

In dem Aufsatzsrück 22 ist mittels eines Gewindes 47 eine Schiebestange 46 axial einstellbar angeordnet, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Innenstempels 15 erstreckt. Diese Stange wird durch eine Haltemutter 49 befestigt. Das untere Ende der Schiebestange 46 besteht aus einem Abschnitt 51 von vermindertem Durchmesser, welcher mit Spiel in den oberen Teil des Ventilgehäuses 34 hineinragt, wobei der Spielraum 52 durch eine Querbohrung 53 im Oberteil des Ventilgehäuses 34 in den Hohlraum 25 hineinführt.

Wenn der hydraulische Stempel zwischen dem Liegenden und dem Hangenden eines Strebs gesetzt ist und durch das Einlaßventil 31 mit unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit gefüllt wird, dehnt er sich aus der in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Stellung heraus aus. Wenn sich das Hangende auflegt, steigt der hydraulische Druck in der Kammer 28 entsprechend der von außen auf den Stempelkopf 23 aufgebrachten Last fortlaufend an. Es ist festgestellt worden, daß diese einander entgegengesetzten Belastungen eine geringe, jedoch beachtenswerte Längenänderung des Innenstempels 13 in Form einer Kompression verursachen und gemäß der Erfindung wird diese Längenänderung ausgenutzt, um das Kugelventil 37 als Sicherheitsventil wirksam zu machen. Um dies zu erreichen, wird der hydraulische Stempel ohne den Stempelkopf 23 in eine Prüfmaschine eingesetzt, welche die maximal erforderliche Druckbelastung des Stempels auszuüben vermag. Die Schiebestange 46 wird dann mittels des an ihrem oberen Ende befindlichen Schlitzes 48 gedreht, bis bei jeder behebigen das erforderliche Maximum übersteigenden Belastung das untere Ende die Kugel 37

ίο von ihrem Sitz 36 abhebt. Die Feststellmutter 49 wird dann angezogen, der Stempel von der Prüfmaschine entfernt und der Stempelkopf 23 aufgesetzt. Wenn der Stempel entlastet ist, befindet sich zwischen der Schiebestange 46 und dem Kugelventil 37 ein Spielraum, welcher sich bei einer wachsenden Belastung im Gebrauch bis zu dem bestimmten Nachgebepunkt fortlaufend bis auf Null vermindert. Die Schiebestange 46 ist nicht der hydraulischen Belastung unterworfen, und die zum Abheben der Kugel 37 von ihrem Sitz

ao 36 entgegen dem in der Kammer 28 herrschenden Druck erforderliche Kraft ist nicht ausreichend, um ein beträchtliches Zusammendrücken der Schiebestange 46 zu verursachen.
Fig. 1 zeigt kein Ventil, welches ein Zusammenfallen des Stempels beim Zurückziehen desselben ermöglicht, sondern soll nur die Arbeitsweise eines Sicherheitsventils zeigen, welches sich öffnet, wenn das Stößelrohr infolge des Zusammendrückens durch den Flüssigkeitsdruck nachgibt.

Fig. 2 zeigt einen hydraulischen Grubenstempel, dessen Sicherheitsventil in ähnlicher Weise arbeitet, der jedoch zusätzliche Mittel aufweist, wodurch das Sicherheitsventil von Hand geöffnet werden kann, um ein Zurückziehen des Grubenstempels zu ermögliehen. In dieser Konstruktion besteht der Außenstempel aus einem Zylinder 60 mit einer an seinem unteren Ende befestigten Grundplatte 61, einem an seinem oberen Ende zusammen mit einem Abstreifring 63 befestigten oberen Lagerring 62 und einem unteren Lagerring 64, welcher in einer mittleren Stellung innerhalb des Zylinders 60 befestigt ist. Der Innenstempel besteht aus einem äußeren Rohr 65, welches gleitend in den Lagerringen 62 und 64 angeordnet ist, einen Stempelkopf 66, der am oberen Ende des Innenstempels 65 zur Zusammenwirkung mit dem Hangende angeordnet ist, und einem Sprengring 67, welcher in das untere Ende eingelassen ist, um bei der Ausziehbewegung mit dem unteren Lagerring 64 einen Begrenzungsanschlag zu bilden. Innerhalb des unteren Endes des Innenstempels 65 ist ein Ring 68 befestigt, und in dem Ring 68 ist koaxial mit dem Innenstempel 65, jedoch mit Abstand von ihm, ein inneres Rohr 69 befestigt. Das innere Rohr 69 wird an seinem oberen Ende durch einen Kopf 71 abgeschlossen, um eine in dem äußeren Rohr befindlichen Flüssigkeitsbehälter 72 vom Inneren des inneren Rohres 69 abzutrennen. Durch ein Kolbenrohr 74, welches in dem inneren Rohr 69 gleitet und an seinem unteren Ende an der Bodenplatte 61 befestigt ist, wird in dem inneren Rohr 69 eine Druckkammer 73 nach unten geschlossen. Eine zwischen dem unteren Ende des inneren Rohres 69 und dem Ring 68 eingeschlossene Dichtungspackung 75 erhält eine Gleitdichtung zwischen dem inneren Rohr 69 und dem Kolbenrohr 74 aufrecht.

Für den Antriebsmechanismus des Ventils ist in dem Oberteil des Außenrohres 65 in Querrichtung ein Gehäuse 76 angeordnet. An dem einen Ende des

Gehäuses 76 ist ein Rückhalt-Einlaßventil 77 vorgesehen. Dieses Einlaßventil 77 wird durch eine Feder 79 gegen einen Sitz 78 gedrückt, ist jedoch durch Anwendung von Luftdruck aus einer äußeren Quelle auf eine Düse 81 von seinem Sitz fortzubewegen, wobei 5 dieser Druck durch eine in dem Gehäuse befindliche öffnung 82 in den Behälter 72 eintritt. Ein mittels einer Feder 85 gegen die mittlere Öffnung 84, in dem Einlaßventil 77 gedrücktes Ablaßventil 83 gestattet der Luft das Entweichen aus dem Behälter, wenn der Stempel zusammengezogen wird. Der Behälter 72 ist teilweise mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt, und in dem Kopf 71 ist eine Flüssigkeitszufuhrleitung 86 angeordnet, welche vom unteren Teil des Behälters 72 abgeht, um einer hinter einem Ventilsitz 88 befindliehen Mittelbohrung 87 unter Luftdruck stehende hydraulische Flüssigkeit zuzuführen, wobei der Luftdruck auf die Düse 81 ausgeübt wird. Ein Kugelventil 89, welches durch eine Feder 91 leicht in Richtung auf den Ventilsitz 88 beaufschlagt ist, öffnet sich unter dem in dem Behälter 72 herrschenden Druck, um hydraulische Flüssigkeit in die Druckkammer 73 einzulassen.

Das Kugelventil 89 ist so angeordnet, daß es durch die jetzt zu beschreibende Vorrichtung sowohl als Sicherheitsventil als auch als Druckentlastungsventil verwendet werden kann. Diese Vorrichtung besteht aus einer Schiebestange 92, die in der Bohrung 87 angeordnet ist und sich nach oben zu einem Kopfstück 93 erstreckt, das in das Gehäuse 76 hineinragt, während eine auf dem Kopf 71 des inneren Rohres 69 abgestützte Druckfeder 94 in Aufwärtsrichtung auf den Kopf 93 der Stange 92 wirkt. Der Kopf 93 unterstützt eine Stahlkugel 95, welche in einer senkrechten Bohrung 96 in dem Gehäuse 76 geführt wird und welche teilweise in eine in dem Gehäuse 76 gebildete waagerechte Bohrung 97 hineinragt. In der Bohrung 97 werden zwei ähnliche Stahlkugeln 98 und 99 geführt, wobei die Kugel 98 mit einer einstellbaren Anschlagschraube 101, die durch eine Feststellmutter 102 befestigt ist, zusammenarbeitet und die Kugel 99 in der Nähe des Halses 103 eines Kolbens 104 angeordnet ist. Der Kolben 104 gleitet in einer Gegenbohrung 105, welche koaxial zu der Bohrung 97 verläuft und einen größeren Durchmesser hat als diese, während eine Feder 106, welche gegen die zwischen den Bohrungen 97 und 105 gebildete Stufe anliegt, den Kolben 104 nach außen drückt.

Ein geschlitzter Anguß 107, dessen einer Arm in Fig. 2 gezeigt ist, ragt von dem Gehäuse 76 nach außen und trägt den Bolzen 108, auf dem ein Auslösenocken 109 drehbar gelagert ist. Der Auslösenocken nimmt außerdem einen Drehstift 110 auf, auf welchem der Auslösebügel 111 angeordnet ist.

Um den Stempel zwischen den Liegenden und dem Hangenden anzuordnen, wird an die Düse 81 Luftdruck angelegt, welcher über das Einlaßventil 77 in den Behälter 72 eintritt, wobei hydraulische Flüssigkeit durch das Rohr 86 in den Behälter und über das Kugelventil 89 in die Druckkammer 73 gedrückt wird. Damit werden das innere Rohr 69 und der Innenstempel 65 vom Kolbenrohr 74 und dem Außenstempel 60 aus ausgezogen. Bei Entfernung der Druckverbindung zur Düse 81 entweicht der übermäßige Luftdruck des Behälters durch das Abblasventil 83 und das Kugelventil 89 bildet in Anlage gegen den Ventilsitz 88 eine Dichtung. Wenn der Stempel infolge des Absetzens des Hangenden zusammengedrückt wird, übt der in der Druckkammer vorhandene Druck auf das innere Rohr 69 eine Beanspruchung auf Zug und infolge der durch den Ring 68 vorgesehenen Verbindung auf den Innenstempel 65 eine Beanspruchung auf Druck aus. Die Verschiebung des Kopfes 71 mit Bezug auf die Schiebestange 92 ist daher die Summe der auf das Außenrohr ausgeübten Beanspruchung auf Druck und der auf das Innenrohr 69 ausgeübten Beanspruchung auf Zug.

In dem in Fig. 1 gezeigten Stempel kann die Längenänderung des Stößelrohres auf Grund seiner Länge, seiner reinen Querschnittsfläche, des Elastizitätsmoduls und der angewandten Belastung errechnet werden. Beispielsweise errechnet sich bei einer Länge von 650 cm, einer reinen Querschnittsfläche von 15,8 cm², einem Elastizitätsmodul von 2130 t/cm² und einer Belastung von 22,41 eine Längenänderung von 0,043 cm.

Wenn daher der normale Spielraum zwischen der Schiebestange 46 und der Kugel 37 0,043 cm beträgt, dann wird dieser Spielraum fortlaufend vermindert, bis er bei Anstieg der Belastung bis auf 22,4 t den Wert Null erreicht, so daß die Stange 46 oberhalb dieser Last die Kugel 37 von ihrem Sitz entfernt.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Stempel sind die zusammengefaßten Längenänderungen der beiden Rohre und 69 wesentlich größer als die im vorhergehenden Beispiel errechneten. Das Kugelventil 89 wird daher bei einer gegebenen Last, welche die vorbestimmte Maximallast übersteigt, weiter von seinem Sitz entfernt werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hydraulischer Grubenstempel, bei dem die bei Belastung auftretende Werkstoffverformung zur Steuerung des Überdruckventils ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Oberstempel (13; 65, 69) gehaltenes, einstellbares, das Überdruckventil (37; 89) steuerndes Element (46; 92) von der bei Belastung auftretenden Verkürzung des Oberstempels (13; 65, 69) nicht betroffen wird und seine Länge unverändert beibehält.

2. Hydraulischer Grubenstempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Dehnungsunterschiedes auf dem Boden (61) des Unterstempels (60) ein Rohr (74) befestigt und auf diesem ein mit dem Oberstempel (65) verbundenes und bei Belastung eine Längung erfahrenes Rohr (69) gleitend angeordnet ist, das nach oben durch ein Kopfteil (71) abgeschlossen ist und zur Aufnahme des Druckraumes (73) dient.

3. Hydraulischer Grubenstempel nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine von Hand zu betätigende Ventilauslösevorrichtung (109,104, 99), die so angeordnet ist, daß sie die Schiebestange (92) aus ihrer einstellbaren Lage verschiebt.

4. Hydraulischer Grubenstempel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilauslösevorrichtung (99,104,109) eine quer zur Schiebestange (92) geführte Kugel (99) umfaßt, die seitlich gegen eine Ventilbetätigungskugel (95) bewegbar ist, während die letztere in Richtung

der Schubstangenachse geführt ist, und wobei eine dritte Kugel (98), die ebenfalls quer zur Schiebestange (92) geführt ist, durch ein Einstellglied (101) zur Festsetzung der Auslösestellung der Ventilbetätigungskugel (95) bewegbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 928 945; deutsche Auslegeschriften Nr. 1044 003,1020 945, 1047 737.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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