DE2101475A1 - Hydraulischer Grubenstempel - Google Patents

Description

Rh/Lo

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Essen, den 21. Dezember 1970 PZ 999

Patentanmeldung;

"Hydraulischer Grubenstempel"

Anmelder: Rheinstahl Aktiengesellschaft, Essen

Die Erfindung betrifft einen, hydraulischen Grubenstempel des offenen Systems, bestehend aus einem J einen Zylinder bildenden Außenstempel, der als Oberstempel dient und einem darin eingesetzten und geführten, einen Kolben tragenden Innenstempel, der als Unterstempel dient, mit einem im oberen Teil des Oberstempels angeordneten einpill-, Druckhalte- und Raubventil aufweisenden Ventilblock.

Bekannt sind hydraulische Grubenstempel der oben bezeichneten Gattung, vergleiche DT-PS 919 525, bei dem der Außenstempel aus einem Rohr besteht, das auf seiner einen Seite durch einen Stempelkopf ' abgeschlossen ist. In den oberen Bereich des Zylinders ist ein kolbenförmiger Ventilblock an der Zylinderinnenwand anliegend eingesetzt, der ein Füll-, Druckhalte- und Raubventil aufweist. Der Ventilblock liegt mit seiner oberen Stirnfläche an der Unterfläche des Stempelkopfes an und trägt an seinem unteren Ende eine Dichtungsmanschette, die an der Zylinderinnenwand dichtend anliegt.

In dem sich nach unten anschließenden Teil des Zy-2 0 9 8 3 2 / 0 2 A 6 -

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linderrohres ist ein ebenfalls rohrförmiger Unterstempel eingesetzt, dessen oberes Ende einen Kolben mit Dichtungsmanschette trägt, die, wie die Dichtungsmanschette des Ventilblocks, an der Zylinder-Innenwand anliegt. Durch einen in das untere Ende des Außenstempels eingeschweißten Ring werden der Ober- und Unterstempel gegeneinander geführt.

Der Raum zwischen den genannten Dichtungsmanschetten nimmt die Druckflüssigkeit auf. Während des Auffüllens dieses Raumes über ein Füllventil bewegen sich Ober- und Unterstempel solange voneinander, bis der Stempel zwischen dem Hangenden und Liegenden verspannt ist. Die Tragfähigkeit des Stempels wird durch ein Druckhalteventil bestimmt, während zum Rauben ein von außen zu betätigendes Raubventil benutzt wird, das den Austritt der Flüssigkeit freigibt. Das Raubventil besitzt einen schraubenförmigen Grundkörper, der durch eine öffnung des Zylinderrohres quer zur Längsachse des Stempels hindurchgreift und mit seinem Schraubteil in den Ventilblock eingeschraubt ist.

Ein solcher Grubenstempel weist folgende Nachteile auf: Bekanntlich treten unter Tage unvermeidbare, schlagartige Belastungen des Ausbaues auf, die zu einem plötzlichen Anstieg des Flüssigkeitsdruckes im Druckraura der Stempel führen und, da das Druckhalteventil diese Spitzenbelastung durch Ablassen

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von Flüssigkeit nicht augenblicklich abbauen kann, treten in dem Gesamtspannungssystem, an dem das Gebirge und alle Ausbauelemente beteiligt sind,' kurzzeitige Erschütterungen bzw. Vibrationen auf, die häufig zu Zerstörungen von Einzelteilen oder Lösen von Verbindungselementen führen. Im vorliegenden Falle wirkt sich ein plötzlicher Anstieg des Druckes der Flüssigkeit deshalb besonders stark auf den Ventilblock aus, weil der Druck auf die volle, dem Zylinderquerschnitt entsprechende untere Stirnfläche des Ventilblockes zur Wirkung kommt. Dabei wird der Ventilblock stoßartig in Längsrichtung des Stempels nach oben belastet, und da er mit seiner oberen Stirnfläche, unmittelbar an der Unterfläche des Stempelkopfes anliegt, ist dessen Verbindung mit dem Oberstempel hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Je zuverlässiger diese Verbindung hergestellt ist, umso schwieriger ist es, sie gewollt zu lösen, z.B. zum Durchführen von Reparatu- g ren an den Ventilen oder zu deren Austausch.

Zur Aufnahme des Axialschubes- des Ventilblocks ist der durch die Zylinderwandung hindurch quer zur Längsrichtung des Stempels in den Ventilblock eingeschraubte Grundkörper des Raubventils nicht geeignet. Abgesehen davon, daß es nur sehr schwer möglich ist, den Ventilblock gleichzeitig am Stempelkopf und den Grundkörper des Raubventils zur Anlage

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der Querbohrung des Zylinders zu bringen, muß bei einer stoßartigen Beanspruchung mit dem Verformen oder Abscheren des Raubventils im Gewindeteil gerechnet werden, weil der Gewindeauslauf unmittelbar in der Scherebene liegt und als Kerbstelle wirkt.

Dieser Grubenstempel weist aber auch insofern einen weiteren Nachteil auf, als der in das untere Ende des Oberstempels eingeschweißte Ring zur Führung der beiden Stempelteile gegeneinander sich auf dem rohrförmigen Unterstempel mit geringem Spiel zentrieren muß. Die Außenfläche des Unterstempels ist aber ungeschützt, so daß bei unvermeidbaren Beschädigungen durch anhaftenden Rost, Verunreinigungen, fest anhaftende Letten oder dergleichen Verklemmungen auftreten, die zum vorzeitigen Verschleiß führen und vor allem das freie Ineinanderschieben des Ober- und Unterstempels beim Rauben beträchtlich erschweren oder sogar unmöglich machen.

Bekannt ist weiter ein Grubenstempel, vergleiche DAS 1 009 137, bei dem der vorbeschriebene Mangel der schlechten Führung des Oberstempels gegenüber dem Unterstempel dadurch behoben ist, daß auf dem Außenmantel des rohrförmigen Unterstempels Ringe, die an der ZyIInderinnenwand des Oberstempels anliegen und in einem solchen festen Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie bei jeder Stellung

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des Oberstempels gegenüber dem Unterstempel geschützt im Inneren des Zylinders verbleiben. Zur Begrenzung der Auszuglänge des Grubenstempels kommt der untere Führungsring an einem am unteren Ende des Zylinderrohres in dessen Innenwandung eingesetzten Sprengring zur Anlage. Beschädigungen oder Verschmutzungen des aus dem Oberstempel nach unten herausragenden Unterstempel beeinträchtigen daher die Führung nicht. a

Im übrigen sind bei diesem bekannten Grubenstempel in Abweichung von dem Stempel nach DT-PS 919 525 die Betätigungsventile in ein Gehäuse eingebaut, das als Teil des Oberstempels mit diesem fest verschweißt ist. Bei unter Tage auftretenden und hier nicht behebbaren Störungen oder Beschädigungen des Oberstempels muß dieser als ganzes ausgewechselt und in vielen Fällen verschrottet werden.

DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hy- %

draulischen Grubenstempel der eingangs genannten Gattung so zu gestalten, daß der Ventilblock und die Ventile gegen Verformung und Zerstörung infolge schlagartiger Belastung weitgehend geschützt und an Ort und Stelle austauschbar sind, daß zur Erzielung eines ungestörten Verschiebens des Oberstempels gegenüber dem Unterstempel deren gegenseitige Führungsflächen gegen Verunreinigungen geschützt liegen und daß der Stempel von so einfacher Konstruk-

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tion ist, daß er auch an den Stellen wirtschaftlich einzusetzen ist, an denen der Einsatz hydraulischer Stempel herkömmlicher Bauart wegen des damit verbundenen hohen Aufwandes nicht gerechtfertigt war, z.B. beim Streckenausbau.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rohr des Oberstempels aus einem kaltgezogenen Präzisionsstahlrohr besteht, dessen Innenwand durch eine fest eingesetzte Trennwand in zwei verschieden große Teile unterteilt ist, von denen der größere Teil einen nach unten offenen Zylinder zur Aufnahme des Unterstempels mit einem Kolben bildet und der kleinere Teil an seinem der Trennwand abgewandten Ende durch einen gegenüber dem Oberstempel festgelegten Stempelkopf abgeschlossen ist, dass in dem so gebildeten Raum zwischen der Scheibe und dem Stempelkopf ein Ventilblock mit der Trennwand dichtend und lösbar verbunden ist und der das Füll-, Druckhalte- und Raubventil in sich aufnimmt und über eine Bohrung in der Trennwand mit dem Dtuckraura des nach unten offenen Zylinders verbunden ist, daß die kleinere Mantelfläche öffnungen aufweist, durch die die Ventile von außen her zu betätigen sind und daß der Unterstempel,wie an sich bekannt, über Ringe oder Ringsegmente in dem Zylinder des Oberstempels geführt ist, die in einem solchen festen Abstand voneinander an dem Unterstempel befestigt sind, daß sie in jeder Stellung des Ober-

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stempeis zum Unterstempel an der Zylinderwand des Oberstempels anliegen, wobei der untere Führungsring bei maximalem Stempelauszug an einem am offenen Zylinderende des Oberstempels angeordneten Anschlagring anliegt.

Ein besonderer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß für das Rohr des Oberstempels ein kaltgezogenes Präzisionsstahlrohr benutzt wird. Solche Rohre haben ohne nachträgliche Bearbeitung j

eine für Zylindergleitflächen ausreichend glatte Innenwand. Außerdem haben PräzisionsStahlrohre die für den Verwendungszweck erforderlichen Materialeigenschaften, wie z.B. Streckgrenze, durch das Herstellungsverfahren bedingte Oberflächenhärte usw.. Das für den Oberstempel zu verwendende Rohrstück kann also von einem handelsüblichen Rohr in der erforderlichen Länge abgeschnitten werden.

Eine besonders wirtschaftliche Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß der Unter- j stempel·einen vom normalen Rohrquerschnitt abweichenden, z.B. Doppel-T-förmigen Querschnitt aufweist.

Um zu vermeiden, daß nach dem Ausfahren des Stempels der Anschlagring beim Anschlagen des Führungsringes aus seiner Lagerung gedrückt wird, weist nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der untere Führungsring einen zum Zylinderende hin

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gerichte'ten, gegenüber seinem Außendurchmesser im Durchmesser kleineren Ansatz auf, der in den zwischem dem Umfang des Unterstempels und der Innenfläche des den Hubbegrenzungsanschlag bildenden Anschlagringes verbleibenden Raum eingreift.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Führungsringe oder Ringsegmente aus einem Werkstoff mit Notlaufeigenschaften. Schließlich ist nach der Erfindung vorteilhaft, in den äußeren Umfang der Führungsringe oder Ringsegmente kammerförmige Aussparungen einzuarbeiten, die einen Dauerschmierstoff aufnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Grubenstempels,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie HI-III in Fig. 1.

Der Grubenstempel besteht aus zwei Hauptteilen, das sind; der als Außenstempel ausgebildete Oberstempel

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O und der als Innenstempel ausgebildete Unterstempel U. Der Oberstempel wird von einem Rohr 1 gebildet, das durch eine Trennwand 5 in zwei verschieden große Räume geteilt ist. Der obere, kleinere Teil V bildet einen Raum zur Aufnahme eines Ventilblockes 7. Der größere , untere Teil bildet einen nach unten offenen Zylinder Z. In diesem Zylinder ist der Unterstempel U eingesetzt, der an seinem oberen Ende

2 einen Kolben 8 trägt, der an der Zylinderwand ge- j

führt und gegen diese durch eine Dichtung 9 abgedichtet ist. Der Unterstempel U ist mit dem Kolben 8 durch auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Spannhülsen 10 verbunden und an seinem unteren Ende mit der Fußplatte 11 verschweißt. Der Unterstempel U ist in dem Oberstempel 0 über die Außenfläche 13 eines Ringes 12, der mit dem Unterstempel verschweißt ist, geführt. Am unteren Ende des Oberstempels 0 ist in die Zylinderwand 2 ein Sprengring 14 eingesetzt, der mit einem Teil seines Umfanges in die Bohrung des Zylinders 2 hineinragt und mit %

dem herausragenden Teil als Anschlag bzw. Hubbegrenzung beim Ausfahren des Oberstempels 0 dient. In der Endstellung greift der Führungsring 12 mit einem Ansatz 121 in den Raum zwischen der Innenfläche des Sprengringes 14 und der Außenwand des Unterstempels U, wie in,Figur 1 durch strichpunktierte Linien gezeigt. Der Sprengring 14 kann durch die dabei auftretenden Kräfte nicht verformt und nicht aus seiner Lage herausgedrückt werden. Der Abstand des Führungsringes 12 vom Kolben 8 ist so gewählt,

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daß auch bei dem auf größte Länge ausgezogenen Grubenstempel immer eine genügend große Überlappung der beiden Stempel 0 und U gewährleistet ist. Neben dem Führungsring 12 kann ein weiterer Führungsring auch im Bereich des Kolbens 8 auf dem Unterstempel U angeordnet sein. Die Ringe sind aus einem Werkstoff mit Notlaufeigenschaften hergestellt. Da die Führungsringe 12 in keiner Stellung der beiden Stempel 0 und U zueinander nach außen aus dem Zylinder her-™ austreten können, sind sie gegen Verschmutzungen und Beschädigungen geschützt.

Als Unterstempel U kann jedes beliebige Profil benutzt werden, das die erforderlichen statischen Werte aufweist. Es müssen somit keine Rohre benutzt werden, sondern es ist möglich, wie im vorliegenden Fall, den Unterstempel U aus zwei Halbschalen 22 zu bilden, die durch Schweißnähte 23 miteinander verbunden sind. Derartige Profile werden seit lan-P ger Zeit bei Grubenstempeln benutzt und sind gegenüber handelsüblichen Rohren preisgünstiger.

Der Ventilblock 7 ist unter Zwischenschaltung einer elastischen Flachdichtung 24 durch parallel zur Längsachse des Stempels gerichtete Schrauben 25 verbunden, die bei noch nicht aufgesetztem Stempelkopf 3 bzw. nach dessen Abnehmen von oben her leicht zugängig sind. In den Ventilblock 7 ist quer zur Längsachse des Stempels das Füllventil 26 einge-

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-lischraubt, das durch eine Bohrung 27 in dem Oberstempel O von außen her zugängig ist und die Einführung des Druckmediums von einer Speiseleitung aus über eine Setzpistole bekannter Bauart ermöglicht. Um 90 versetzt' zum Füllventil 26 ist wiederum quer zur Längsachse des Stempels gerichtet in dem Ventilblock 7 das Raubventil 29 eingesetzt, das eine Dichtkugel 291 besitzt, die über eine.durch eine Bohrung 30 des Oberstempels 0 zugängige Schrau-be 32 in Dichtsteilung gehalten bzw. zum Auslaß der Flüssigkeit freigegeben werden kann. In den Kopf 321 % ist eine Aussparung 322 zum Ansetzen eines Betätigungshebels oder dergleichen vorgesehen. Parallel zur Längsachse des Stempels ist in dem Ventilblock 7 das Druckhalteventil 33 eingebaut, so daß auch dieses Ventil von oben her zugänglich ist, beispielsweise zum Ein- oder Ausbauen oder zum Einregulieren auf einen vorgewählten Druck.

Der Ventilblock 7 und die darin eingesetzten Ventile stehen mit dem Druckraum D durch eine Bohrung j 34 in der Trennwand 5 in Verbindung. Der besondere Vorteil des Erfindungsgegenstandes wird darin erblickt, daß sich die schlagartige Beanspruchung des Stempels auf den Ventilblock nur entsprechend seines Leitungsquerschnittes auswirken kann. Eine Überbelastung des Ventilblocks 7 und dessen Verbindung mit der Trennwand 5 ist daher ausgeschlossen, die Verbindung des Stempelkopfes 3 mit dem Oberstempel 0 wird dabei überhaupt nicht beansprucht« Darüber

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hinaus ist der Erfindungsgegenstand bei voller Gewährleistung der vorteilhaften Eigenschaften eines hydraulischen Stempels aus einfachsten Bauteilen gefertigt, die, soweit sie überhaupt bearbeitet werden müssen, im wesentlichen als Drehteile ausgebildet sind; sie können somit sehr wirtschaftlich gefertigt werden. Die Zuordnung der Einzelteile zueinander gestattet es im übrigen, bei auftretenden Beschädigungen,den Stempel an Ort und Stelle in seine Einzelteile zu zerlegen und wieder zusammenzubauen, wodurch den Belangen des Untertage-» betriebes in besonders vorteilhafter Weise Rechnung, getragen ist.

Ansprüche:

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Claims (5)

210U75 Patentansprüche:

1. Hydraulischer Grubenstempel des offenen Systems, bestehend aus einem einen Zylinder bildenden Außenstempel, der als Oberstempel dient und einem darin eingesetzten und geführten, einen Kolben tragenden Innenstempel, der als Unterstempel dient, mit einem im oberen Teil des Außenstempels angeordneten, ein Füll-, Druckhalte- und Raubventil ^ aufweisenden Ventilblock, dadurchgekennzeichnet , daß das Rohr (1) des Oberstempels (0) aus einem kaltgezogenen Präzisionsstahlrohr besteht, dessen Innenwand (2) durch eine fest eingesetzte Trennwand (5) in zwei verschieden große Teile unterteilt ist, von denen der größere Teil einen nach unten offenen Zylinder (Z) zur Aufnahme des Unterstempels (U) mit einem Kolben (8) bildet und der kleinere Teil an seinem der Trennwand (5) abgewandten Ende durch einen gegenüber dem Oberstempel (0) festgelegten Stempelkopf (3) abgeschlossen ( ist, dass in dem so gebildeten Raum (V) zwischen der Scheibe (5) und dem Stempelkopf (3) ein Ventilblock (7) mit der Trennwand (5) dichtend und lösbar verbunden ist und der das Füll-, Druckhalte- und Raubventil in sich aufnimmt und über eine Bohrung (34-) in der Trennwand (5) mit dem Druckraum (D) des nach unten offenen Zylinders (Z) verbunden ist, daß die kleinere Mantelfläche Öffnungen (27, 30) aufweist, durch die die Ventile (26, 29) von außen her zu betätigen sind und daß der Unterstempel (U),wie an

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sich bekannt, über Ringe (12) oder Ringsegmente in dem Zylinder (2) des Oberstempels (0) geführt ist, die in einem solchen festen Abstand voneinander an dem Unterstempel (U) befestigt sind, daß sie in jeder Stellung des Oberstempels (O) zum Unterstempel (U) an der Zylinderwand (2) des Oberstempels (0) anliegen, wobei der untere Führungsring (12) bei maximalem Stempelauszug an einem am offenen Zylinderende des Oberstempels (0) angeordneten Anschlagring anliegt.

2. Hydraulischer Grubenstempel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterstempel (U) einen vom normalen Rohrquerschnitt abweichenden, z.B. Doppel-T-förmigen Querschnitt besitzt.

3. Hydraulischer Grubenstempel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Führungsring (12) einen zum Zylinderende hin gerichteten, gegenüber seinem Außendurchmesser im Durchmesser kleineren Ansatz (121) besitzt, der in den zwischen dem Umfang des Unterstempels (U) und der Innenfläche des den Hubbegrenzungsanschlag bildenden Anschlagringes (14) verbleibenden Raum eingreift.

4. Hydraulischer Grubenstempel nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn-

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zeichnet , daß die Führungsringe (12) bzw. Ringsegmente aus einem Werkstoff mit Notlaufeigenschaften bestehen .

5. Hydraulischer Grubenstempel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Umfang (13) der Führungsringe (12) bzw. Ringsegmente kammerförmige Aussparungen eingebracht sind, die einen Dauerschmierstoff aufnehmen.

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