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Kopfstück für eine Tränksonde Die Erfindung betrifft ein Kopfstück
mit Ventil für eine Sonde zum Tränken abzubauender Mineralien, insbesondere von
Kohle im Bergbau, wobei dieses Kopfstück an dem Ende eines in ein Bohrloch einführbaren
und gegen die Bohrlochwandung abzudichtenden Schaftes befestigt ist.
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Es sind Tränksonden bekannt, die an ihrem dem inneren -Bohrlochende
zugewendeten Kopfstück ein mit federbelasteten, kugelartigen Abschlußkörpern versehenes
Ventil aufweisen. Bekannt sind ferner druckluftbeaufschlagte, am Kopfende mit Berstscheiben
ausgerüstete Sonden, bei welchen das die Druckluft zum Sondenende führende, aus
Stahl bestehende Rohr von einem Blähschlauch umgeben ist, dessen inneres Ende armiert
und gleichzeitig als gedrosselte, ringspaltartige Austrittsöffnung für die Tränkflüssigkeit
ausgebildet ist, die durch Aufblähen des Schlauches auch die Abdichtung der Sonde
gegenüber der Bohrlochwandung aufrecht zu erhalten hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für-die ausschließlich
zum Tränken eines abzubauenden Minerals, insbesondere eines Kohlenst6ßes, bestimmten
rohr- bzw. schlauchartigen Sonden ein ein einfaches, unempfindliches Ventil aufweisendes
Kopfstück für hohe Drücke und große Durchflußmengen zu schaffen, Das Kopfstück nach
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer zylindrischen Wandung
einer zum
Ende im Sinne einer Verkleinerung des Querschnittes stufenförmig
abgesetzten Kammer eines hülsenartigen Kopfstückes und der i-lantelfläche eines
in die Kammer hineinragenden - auf einer Teillänge durchbohrten und Queröffnungen
aufweisenden - zylindrischen Schaft es eines pilzartig geformten Einsatzkörpers
ein zwm Kammerende (d.h. in Durchflußrichtung) offener, abgestufter Ringraum gebildet
ist, in dem eine stulpenartige, einseitig mit einem Aufhängeflansch versehene Manschette
aus elastischem material, insbesondere Kunststoff, unter radialer Verpressung eingespannt
ist, derart, daß sie in Abhängigkeit vom Druck des durch den Einsatzkörper geleiteten
Mediums von diesem in Durchflußrichtung elastisch streckbar ist.
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Das Ventil nach der Erfindung weist infolge der radialen Verpressung
einer verhältnismäßig langen, stulpenartigen Hanschette eine hohe Schließkraft auf,
so daß sich in dem Zuführungsrohr zunächst ein hoher Druck aufbaut, der in einer
bekannten Weise für die Abdichtung der Sonde im Bohrloch genutzt werden kann. Trotz
der hohen radialen Verpressung eines in axialer Richtung verhältnismäßig langen
Abschnittes der Manschette wird durch die Art der Aufhängung erreicht, daß die Druckflüssigkeit
die Manschette zum freien Ende, d.h. in Durchflußrichtung, streckt, wobei eine elastische
Reduzierung der Wandstärke der Manschette eintritt und ein mehr oder weniger großer
Ringspalt entsteht, der sich bei Druckabfall sofort schließt da sich der Mantel
der Manschette wieder in die Schließstellung zurückzieht, Die als Dichtflächen für
die Umfangsflächen der Manschette dienenden Zylindermantelflächen der Kammer und
des Einsatzkörpers sind keinen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und unterliegen
daher keinem Verschleiß, Die sich jeweils bei Abfall des Druckes der zugeführten
Tränkflüssigkeit axial verkürzende Manschette legt sich an die verhältnismäßig langen
Gegenflächen der Kammer und des Fortsatzes des Einsatzkörpers an.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des Kopfstückes für die Tränksonde
kennzeichnet sich durch folgende Merkmale:
a) Das Kopfstück ist
als hülsenartiges Gehäuse ausgebildet und mit einer zur Längsachse gleichgerichteten,
im Mittelabschnitt schulterartig abgesetzten (abgestuften) zylindrisehen Kammer
versehen, die im Endbereich zum Bohrloch hin offene Austrittsöffnungen und in dem
dem Sondenschaft zugewendeten erweiterten Teil Innengewinde aufweist; b) in die
zylindrische Kammer ist ein pilzartig geformter Einsatzkörper eingesetzt; der Kopf
des Einsatzkörpers ist mit Außengewinde in den erweiterten Teil der Kammer eingeschraubt;
der Schaft des Einsatzkörpers ist vom Kopf des Einsatzkörpers aus auf eine Teillänge
durchbohrt; im Bereich des Endabschnittes der Bohrung ist in die Umfangsfläche des
Einsatzkörper-Schaftes eine breite Ringnut eingeschnitten; Ringnut und Bohrung sind
durch Querkanäle verbunden; c) zwischen, der Innenwand der abgestuften zylindrischen
Kammer und der Umfangsfläche des Einsatzkörpers ist ein zum kopfseitigen Sondenende
hin offener Ringraum gebildet, dessen entgegengesetztes geschlossenes Ende im Sinne
einer Flanschform verbreitert ist; d) in dem Ringraum zwischen dem Einsatzkörper
und dem hülsenartigen Gehäuse ist eine stulpenartige, nur am hinteren Ende mit einem
Aufhängeflansch versehene.
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Manschette aus elastischem Kunststoff hoher Druckfestigkeit (PVC)
angeordnet; die radiale Wanddicke der Manschette ist auf ganzer Länge größer als
die radiale Breite des Ringraumes; der flanschlose Manschettenabschnitt ist in Längsrichtung
elastisch streckbar.
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Kopfstück und Einsatzkörper bilden verhältnismäßig einfache Bauteile,
die unmittelbar verschraubt werden können unddabei die Dichtmanschette zwischen
sich verspannen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Länge der Manschette
etwa so gewählt, daß sie dem doppelten Durchmesser
der Manschette
entspricht. Dabei soll die Länge des Aufhängeflansches auf etwa ein Drittel der
Manschettenlänge bemessen sein. Bei der Streckung des Mantels dieser Manschette
sichert dieser Aufhängeflansch eine dauerhafte Einspannung.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Ende des Einsatzkörper-Schaftes
halbkugelartig gewölbt. Das Ende der Manschette kann sich dadurch ohne jegliche
Behinderung zum Zeitpunkt des Druckabfalls in die Ringkammer zurückziehen.
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Vorteilhaft für die besondere Ausbildung des Kopfstückes nach der
Erfindung ist die Ausrüstung des Einsatzkörper-Schaftes mit einer größeren Anzahl
Querbohrungen, die einerseits in Umfangsrichtung des Schaft es und andererseits
in Längsrichtung des Schaftes zueinander versetzt sind. Dabei sollen sämtliche Querbohrungen
in eine gemeinsame breite, jedoch flache Ringnut ausmünden. Die Art der Aufhängung
der stulpenartigen lIanschette macht es möglich, Querbohrungen in einer großen Anzahl
vorzusehen, so daß ein großer Durchströmquerschnitt zur Verfügung steht, andererseits
aber auch große Mantelflächen zur dichten Anlage der ìfanschette am Fortsatz des
L'insatzkörpars verbleiben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungebeispiel des Kopfstückes im Längsschnitt
veranschaulicht.
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Das Ende der Sonde 1 ist n'ft einem anoeschraubtsn oder in sonstiger
Weise befestigten Kopfstück 2 ausgerüstet. Diese Sonde wird in bekannter Weise in
ein Bohrloch 3 eingesetzt. Der Schaft der Sonde kann nach einer bekannten Art innerhalb
des Bohrloches gegen die Bohrlochwandung abgedichtet werden. Es entsteht dadurch
mindestens im Längenbereich des Kopfstückes 2 im Bohrloch 3 ein Raum 4, von welchem
aus die unter Druck zugeführte Flüssigkeit in die Kisse und Spalte des Minerals,
insbesondere der Kohle, eindringt und diese tränkt.
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Das Kopfstück 2 ist als hülsenartiges Gehäuse ausgsbildet und mit
einer zur Längsachse gleichgerichteten, im i"jittelabschnitt schulterartig abgesetzten
zylindrischen Kammer 5 versehen. Die Kammer ist im Endbereich zum Bohrloch hin mit
radialgerichteten Austrittsöffnungen 6 versehen. Der stirnseitige Verschluß der
Kammer 5 ist durch eine auf das Gehäuse aufgeschweißte Platte 7 gebildet. Der erweiterte
Teil der Kammer 5 weist ein Innengewinde 8 auf.
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In die zylindrische Kammer ist ein pilzartig geformter Einsatzkörper
9 eingesetzt. Der Kopf des Einsatzkörpers ist mit Außengewinde in den erweiterten
Teil der Kammer eingeschraubt.
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Stirnseitig des Kopfes befindet sich ein Querschlitz 10, der für das
Ansetzen eines Werkzeuges zum Ein- und Ausschrauben dient.
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Der Schaft 11 des Einsatzkörpers ist vom Kopf des Einsatzkörpers aus
auf eine Teillänge durchbohrt. Im Bereich des Endabschnittes dieser Bohrung 12 ist
in die Umfangsfläche des Einsatzkörper-Schaftes eine breite Ringnut 13 eingeschnitten.
Ringnut 13 und Bohrung 12 sind durch Querkanäle 14 verbunden.
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Zwischen der Innenwand der abgestuften zylindrischen Kammer 5 und
der Umfangsfläche des Schaftes 11 des Einsatzkörpers ist ein zum kopfseitigen Sondenende
offener Ringraum 15 gebildet, dessen entgegengesetztes geschlossenes Ende im Sinne
einer Flanschform verbreitert ist.
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In dem Ringraum zwischen dem Schaft des Einsatzkörpers 9 und dem
hülsenartigen Gehäuse ist eine stulpenartige, am hinteren Ende mit einem Aufhängeflanech
16 versehene Manschette 17 aus elastischem Kunststoff hoher Druckfestigkeit, insbesondere
aus PVC, angeordnet. Die radiale Wanddicke x der Manschette ist auf ganzer Länge
größer als die radiale Breite des Ringraumes zwischen den ZylindermantelflAchen
des Schaftes 11,und dem Gehäuse 2. Der flanschlose Manschettenabschnitt ist unter
dem Einfluß der mit einem hohen Druck durch das Rohr der Sonde zugeführten Tränkflüssigkeit
in Längsrichtung elastisch streckbar.
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Die stulpenartige, mit dem Aufhängeflansch versehene, elastische
Eigenschaften aufweisende Kunststoff-Hanschette 17 ist mithin unter starker radialer
Pressung zwischen dem Schaft 11 und dem Gehäuse eingespannt, so daß lange Dichtflächen
gebildet sind. Der Schließdruck ist durch die radiale Einspannung der Manschette
besonders groß. Beim Öffnen der an die Sonde angeschlossenen, in der Zeichnung nicht
dargestellten Zuführungsleitung für die Tränkflüssigkeit baut sich daher innerhalb
der Sonde und der Bohrung 12 des Einsatzkörpers 9 ein hoher Druck auf. Der Druck
der Flüssigkeit überträgt sich durch die Querkanäle 14 und die Ringnut 13 auf die
Manschette 17. Der steigende Druck bewirkt eine Streckung der Manschette 17 zur
offenen Seite des Ring raumes 15 hin, wobei sich zwisc!.n dem Schaft 11 und der
Innenwand der Manschette 17 ein Ringspa bildet. Der Ringspalt kann einen Querschnitt
einnehmen, der ausreichts um große Durchflußmengen austreten zu lassen. Bei abfallendem
Druck der Flüssigkeit zieht sich die Manschette in axialer Richtung in den Ringraum
15 zurück und legt sich dabei an die langen inneren und äußeren Gegenflächen dichtend
an.
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Dieses Kopfstück mit dem besonderen Ventil ist besonders für hohe
Drücke, große Durchflußmengen und stark pulsierenden Betrieb geeignet.
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Die Länge der Manschette 17 entspricht etwa ihrem doppelten Durchmesser.
Die Länge des Aufhängeflansches 16 ist etwa auf ein Drittel der Manschettenlänge
erstreckt. Das Ende des Schaftes 11 ist halbkugelartig gewölbt. (Pos. 18) In dem
Schaft 11 sind Querbohrungen 14 in größerer Anzahl vorgesehen. Diese Querbohrungen
sind einerseits in Umfangsrichtung des Schaftes und andererseits in Längsrichtung
des Schaftes zueinander versetzt. Die Anordnung der Querbohrungen ist derart getroffen,
daß sie alle in eine gemeinsame breit, jedoch flache Ringnut ausmünden. Die Ringnut
schafft damit eine etwa auf ein Drittel der Länge der Manschette erstreckte Angriffsfläche
für
die Druckflüssigkeit, wodurch bei entsprechender Druckhöhe die Streckung der Manschette
günstig beeinflußt wird.