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Sicherheits-und Entlastungsventil für hydraulische Grubenstempel
Die Erfindung bezweckt, ein leicht auswechselbares Hochdruck-Ventil mit verhältnismäßig
großem Durchflußquerschnitt, insbesondere zur Verwendung in hydraulischen Grubenstempeln,
zu schaffen, bei welchem das Auswechseln der Ventilkörper erfolgen kann, ohne daß
der betreffende Ventilsitz eingeschliffen oder sonstwie mit dem Ventilkörper abgestimmt
werden muß und bei dem auch bei relativ geringen Sitzdrücken eine große Dichtheit
gewährleistet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag handelt es sich um ein Kegelventil
verhältnismäßig großen Querschnittes, bei welchem der eigentliche Schließkörper
des Ventils aus einem anderen Material hergestellt ist als der Ventilkörper.
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Hochdruckventile, die, wie bei hydraulischen Grubenstempeln, von Hand
betätigt werden, werden fast ausnahmslos in der Form von Differentialventilen gebaut,
d. h. die vom Druck beaufschlagte Dichtfläche wird durch eine in entgegengesetzter
Richtung vom Druck beaufschlagte Gegenfläche teilweise ausgeglichen, damit die Federbetätigungskräfte
in annehmbaren Grenzen bleiben. Durch diese Maßnahme wird aber gleichzeitig der
Sitzdruck bzw. die Flächenpressung am Dichtsitz des Ventils herabgesetzt, und es
werden dann an den Setz-und den Schließkörper des Ventils erhöhte Anforderungen
in bezug auf die Dichtheit gestellt.
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Bei Betätigungsventilen größeren Durchmessers, die zur Verwendung
hochgespannter Hydrauliköle bestimmt sind, müssen Ventilsitz und Ventilkörper jeweils
aufeinander eingeschliffen werden. Der Ventilsitz wie auch der Ventilkörper bestehen
aus hochwertigen Materialien, wie z. B. Nitrierstahl o. a., deren Bearbeitung außerordentlich
schwierig, wenn nicht gar nur durch Schleifen möglich ist. Ist ein solches Ventil
durch Kavitation oder andere Ursachen beschädigt, so wird der Ventilkörper ausgewechselt
und der neue Ventilkörper mit dem alten Sitz gemeinsam eingeschliffen. Dies erfordert
einen beträchtlichen Zeit-und Kostenaufwand und läßt sich in bergmännischen Untertagebetrieben
nicht durchführen.
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Es sind bereits Vorschläge gemacht worden, den Ventilsitz lösbar in
das Ve ft 1-gehäuse einzusetzen, wobei die Abdichtung der eingesetzten Ventilsitzringe
genüber dem Gehäuse meist durch O-Ringe vorgenommen wird. Das Auswechseln von Ventilsitzen
jedoch bedingt die vorherige Herausnahme des eigentlichen Ventilkörpers. Ebenfalls
ist schon vorgeschlagen worden, einen dünnen ringförmigen Körper als Ventilsitz
oder als Schließkörper auszubilden, der durch elastische Aufweitung oder elastische
Einengung in einem kegeligen Sitz bzw. kegeligen Verschlußkörper die Abdichtung
bewirkt. Diese Ringe könnten auch auswechselbar gestaltet sein. Der Nachteil einer
solchen Anordnung besteht vor allem darin, daß bei teilweise druckausgeglichenen
Ventilen oder bei Überdruckventilen eine indifferente Gleichgewichtslage von der
vom Druck beaufschlagten Ventilfläche zu einer diesem Druck entgegenwirkenden Fläche
entsteht. In einer solchen Lage ist der Sitzdruck nahezu gleich Null. Bei Ventilen
mit elastisch sich aufweitenden ringförmigen Ventilsitzen bzw. Schließkörpern ist
dann keine genügende Kraft mehr vorhanden, um diese Ringe elastisch aufzuweiten
bzw. elastisch einzuengen. Ventile solcher Bauart sind also nicht für teilweise
druckentlastete Ventile bzw. Sicherheitsventile geeignet, da keine genügende Dichtwirkung
im indifferenten Zustand vorhanden ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag werden diese Nachteile dadurch
behoben, daß der eigentliche Schließkörper des Ventils aus einer Messing-, Kupfer-oder
Leichtmetall-Legierung besteht, die in Ringform auf den eigentlichen Ventilkörper
aufgesetzt wird. Der Ventilsitz kann nun, wie üblich, aus einer hochwertigen Stahllegierung
oder dgl. bestehen und eine kegelige Dichtfläche aufweisen. Die Dichtkante des ringförmigen
Schließkörpers ist zweckmäßig als scharfe Kante ausgebildet, damit die Dichtwirkung
durch die elastische Verformung des Materials besser zur Wirkung kommt. Die Dichtwirkung
beruht also darauf, daß die scharfe Kante des ringförmigen Schließkörpers elastisch
die Rauhigkeiten der Oberflächen auszufüllen vermag, während bei den üblichen Kegelventilen
die Oberflächen des Sitzes und des Schließkörpers so fein bearbeitet werden-z. B.
durch Einschleifen der Teile aufeinander-, daß die Flüssigkeit bei den verbleibenden
geringen Spalten durch ihre Adhäsionskraft zu den Oberflächen nicht mehr durchtreten
kann Der Erfindungsvorschlag läßt sich ganz besonders gut für Ventile mit großem
Durchflußquerschnitt anwenden, da sich die scharfe Kante des ringförmigen Schließkörpers
in der kegeligen Dichtfläche des Ventilsitzes selbst zentriert.
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Der ringförmige Schließkörper wird gegenüber dem Ventilkörper zweckmäßig
durch eine O-Ring-Dichtung abgedichtet. Durch die lösbare Verbindung des ringförmigen
Schließkörpers ist ein Austauschen des ganzen Ventilkörpers überflüssig, und
es
braucht nur bei Beschädigungen oder dgl. der Schließkörper selbst augetauscht werden.
Bei teilweise druckentlasteten Ventilen wird dann zweckmäßig der innere Durchmesser
des ringförmigen Schließkörpers größer gehalten als der Durchmesser des Entlastungskolbens,
damit er nach vornt über diesen hinweggezogen werden kann. Erst die an und für sich
bekannte Anwendung eines Rundschnurringes zur Abdichtung des ringförmigen Schließkörpers
zum Ventilkörper ermöglicht eine absolut dichte Verbindung dieser beiden Teile,
ohne daß der Ring aufgesprengt. oder von seinem Sitz abgedrückt wird.
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Bei Ventilen nach der vorgeschlagenen Erfindung ist ein Einschleifen
oder eine besondere Feinbearbeitung der dichtenden Teile aufeinander nicht erforderlich.
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Dies ist besonders wichtig für die Ventile innerhalb eines hydraulischen
Grubenstempels, da bei den rauhen bergmännischen Untertagebetrieben ein Eintreten
von Schmutz selbst durch Schmutzabstreifringe oder dgl. Mittel nicht mit Sicherheit
verhütet werden kann. Es kann also im Laufe der Zeit zu Beschädigungen des Ventils
durch diese Schmutzteilchen kommen, und es muß dann schnell und ohne großen Aufwand
das Ventil ausgetauscht werden können.
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Zweckmäßig wird immer der ringförmige Schließkörper des Ventils aus
einem Material bestehen, das weicher aber auch elastischer ist als der Ventilsitz,
so daß die Beschädigungen hauptsächlich an dem ringförmigen Schließkörper, also
an dem leicht auswechselbaren Teil auftreten.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsvorschlages
dargestellt. Mit 1 ist das Ventilgehäuse, mit 2 der eigentliche Ventilkörper, mit
3 der Ventilverschließring und mit 4 der zwischen dem Schließring und dem Ventilkörper
angeordnete Dichtring aus Gummi oder dgl. bezeichnet.
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Der Differentialkolben 5 besitzt einen kleineren Durchmesser als der
Dichtdurchmesser 6 des Ventils. Eine Feder übernimmt den Ausgleich der Differenz
der druckbeaufschlagten Flächen. Das dargestellte Ventil dient in hydraulischen
Grubenstempeln als Entlastungs-oder Raubventil, indem es durch einen von außen betätigten
Stößel auch entgegen dem Federdruck von seinem Sitz abgehoben wird und hierdurch
ein Einsinken des Stempels bewirkt. Gleichzeitig dient das Ventil jedoch auch als
Sicherheitsventil gegen Überdruck im Stempel. Nach einem bekannten Vorschlag kann
innerhalb des eigentlichen Ventilkörpers noch ein weiteres Sinkventil mit verhältnismäßig
kleinem Durchflußquerschnitt angeordnet werden, das bei normalem Einsinken des Stempels
allein für den Überdruck maßgeblich ist. Bei einer solchen Doppelanordnung von Ventilen
eignet sich der erfindungsgemäße Vorschlag ganz besonders für die größere Ventilstufe.
Zweckmäßig wird der Ventildruck des größeren Ventils dann um ein weniges höher eingestellt
als das des kleineren Einsinkventils.
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Tritt nun ein plötzlicher Druckanstieg ein, der von dem Ventil mit
dem kl neren Durchflußquerschnitt nicht allein abgebaut werden kann, so spricht
auch die größere Stufe mit an, die dann ohne weiteres Sinkgeschwindigkeiten von
ca. 2-3 m/sec. für die übliche Bauart von Grubenstempeln gestattet.
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Wichtig hierbei ist, daß auch nach Ansprechen der großen Stufe kein
sonder-* lich großer Druckabfall vorhanden ist, wenn das Ventil wieder schließt.
Das Entlastung-und Sicherheitsventil nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag eignet
sich hierzu ganz vorzüglich und hat, wie in eingehenden Versuchen ermittelt worden
ist, nur einen sehr geringen Druckabfall, was auf die Elastizität des eigentlichen
Schließkörpers zurückzuführen ist.
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Selbstverständlich läßt sich diese Ventilbauart auch bei anderen hydraulischen
Aggregaten anwenden, wobei bei niedrigen Drücken sogar noch weitaus elastischere
Schließkörper, z. B. solche aus Kunststoff, Gummi, Hartgewebe oder dgl., verwendet
werden können. Auch hier wird zweckmäßig der Schließkörper gegenüber dem Ventilkörper
durch einen besonderen Dichtungsring abgedichtet, damit die Flüssigkeit sich nicht
zwischen Schließkörper und Ventilkörper preßt und so den Ring abhebt oder sogar
zerstört. Bei der Verwendung von Schließkörperringen aus hochelastischem Material
für verhältnismäßig niedrige Drücke ist es auch denkbar, eine Dichtlippe auf dem
Ventilkörper anliegen zu lassen in Art der bekannten Manschetten-Dichtungen.
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Bei der vorgeschlagenen Bauweise wird insbesondere bei hydraulischen
Grubenstempeln eine gute Dichtheit des Ventilsitzes gewährleistet, und es können
die Ventilkörper bei Beschädigung ohne weiteres ausgetauscht werden, und größere
Druckabfälle beim Ansprechen des Ventils bei Überdruck werden vermieden, und schließlich
wird durch die einfache Bauweise eine bedeutende Kostenersparnis erzielt.
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Schutzansprüche...