DE2537715A1 - Druckminderventil fuer eine verbindung der beiden zylinder eines zweistufigen teleskopischen hydraulischen grubenstempels - Google Patents

Description

"Druckminderventil für eine Verbindung der beiden Zylinder eines zweistufigen teleskopischen hydraulischen Grubenstempels"

Die Erfindung betrifft ein Druckminderventil für eine Verbindung der beiden Zylinder eines zweistufigen teleskopischen hydraulischen Grubenstempels.

Grubenstempel dieser Art werden beim Schreitausbau an der vordersten Ausbaulinie angewendet. Sie werden für jeden neuen Schnitt im Streb, d.h. alle pa*r Stunden, um die Tiefe des Schnittes vorgerückt. Hinter ihnen erfolgt der endgültige Ausbau. Diese Anwendungsart verlangt, dass die Stempel leicht gesetzt und leicht geraubt werden können müssen. Sie sind hierfür als teleskopische Hydraulikzylinder ausgebildet, und es wird für sie Druckwasser mit beispielsweise 315 bar zur Verfügung gehalten. Andererseits müssen die Stempel eine genügende Tragkraft haben, z.B. 70 oder 100 Mp. Das ist bei zweistufigen teleskopischen Zylindern, deren

709809/0 579

beide Zylinderräume miteinander verbunden sind, nicht leicht zu erreichen. Es muss nämlich verhindert werden, dass unter Last Hydraulikflüssigkeit aus dem oberen Zylinderraum in den unteren Zylinderraum verdrängt wird. Da der obere Zylinderraum des teleskopischen Zylinders einen kleineren Querschnitt als der untere hat, entsteht bei gleicher Kraftbelastung im oberen Zylinder ein grösserer Druck als im unteren. Strömt dadurch Hydraulikflüssigkeit über, so ergibt sich aus der Querschnittsdifferenz, dass das verschobene Volumen den unteren Zylinder weniger weit ausfahren als es den oberen Zylinder einfahren lässt. Der Stempel trägt dann nicht mehr.

Um dies zu verhindern, hat man bisher die beiden Zylinder des Stempels getrennt mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Es ist bekannt, hierfür zwei verschiedene Ventile zu verwenden oder ein Ventil, das das Füllen der Zylinder in getrennten Arbeitsgängen erlaubt. Ferner hat man versucht, die beiden Zylinderräume miteinander zu verbinden, dabei aber durch ein Druckminderventil voneinander zu trennen, das einen genügenden Oberdruck im oberen Zylinder sicherstellt. Dieser Versuch ist letztlich fehlgeschlagen. Die vorgesehene Gebirgsbelastung allein konnte zwar getragen werden. Es kam aber zu der Verdrängung, wenn der obere Zylinder an der Oberseite mit Raubdruck beaufschlagt wurde. Der Raubdruck wird an sich beim Rauben eines Stempels, wenn sich die beiden Zylinder entleeren sollen, zur Erzeugung einer den oberen Zylinder zusammenschiebenden Kraft angewandt; für das Zusammenschieben des unteren Zylinders reicht die Schwerkraft des oberen Zylinders aus. Da immer mindestens zwei Stempel ("Gespann") miteinander gekoppelt sind, teilt sich jedoch der Raubdruck auch dem anderen Stempel mit, der beim Rauben des einen weiter tragen muss. So steigt im oberen Zylinder dieses Stempels der Druck, während er im unteren - im Gegensatz zum Auftreten von Gebirgslast - gleich bleibt. Auch dieser Druckerhöhung muss ein zwischen den oberen und den unteren Zylinder geschaltetes Druckminderventil standhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckminderventil für eine Verbindung der beiden Zylinder eines zweistufigen teles-

709809/0*5 79

kopischen hydraulischen Grubenstempels zu schaffen, das allen auftretenden Belastungsfällen gewachsen ist.

Gemäss der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper eines solchen Druckminderventils als ein Stufenkolben ausgebildet ist, der hinter dem Ventilsitz eine von der Ventileingangsseite her beaufschlagte ringförmige Kolbenfläche und hinter dieser eine grossere im Gegensinn beaufschlagte weitere Kolbenfläche und dazwischen einen drucklosen Raum aufweist, dass aus dem Zylinderraum der erstgenannten Kolbenfläche durch den Stufenkolben eine Bohrung in den Zylinderraum der weiteren Kolbenfläche führt und dass an dieser eine eine Schliesskraft erzeugende Feder angreift.

Das Druckminderventil wird mit seiner Eingangsseite zum oberen Zylinder des Grubenstempels sowie zu der Druckmittelquelle hin und mit seiner anderen Seite zum unteren Zylinder des Grubenstempels eingesetzt. Die genannte weitere Kolbenfläche lässt dann neben der konstanten Federkraft eine zusätzliche Schliesskraft für das Ventil entstehen, die proportional mit dem auf der Rückseite des Ventils und im unteren Zylinder herrschenden Druck ansteigt. Hierdurch kann der öffnungsdruck des Ventils anfangs der gleiche bleiben, bei höheren Drücken aber so gross sein, dass er auch unter der Wirkung des erwähnten Raubdrucks nicht erreicht wird.

Um auch unter diesen Verhältnissen einen hohen Druck in den unteren Zylinder zu bringen und damit dem Stempel eine grosse Tragkraft zu geben, wird gemäss weiterer Erfindung vorgeschlagen, in der genannten Bohrung eine Drossel anzuordnen oder die Bohrung insgesamte als Drossel auszubilden, damit sich beim Füllen des unteren Zylinders vor der erstgenannten Kolbenfläche ein Druck aufbauen kann, der den Ventilkörper vom Ventilsitz abhebt, so dass hier keine Drosselung mehr stattfindet und die äruckmindernde Wirkung der Federschliesskraft während des Füllvorgangs ausgeschaltet wird. Zugleich hat das den Vorteil, dass der Ventilsitz weniger durch die Strömung in Mitleidenschaft gezogen wird.

709809/0579

Vorzugsweise ist der Öffnungsweg des Ventilkörpers durch einen Anschlag begrenzt, an dem der Ventilkörper in der vom Ventilsitz abgehobenen Stellung anliegt.

Eine geeignete Wahl des Grössenverhältnisses zwischen dem Ventilsitz und der erstgenannten und der weiteren Kolbenfläche sowie des Drosseldruckmessers kann ohne weiteres aufgrund einfacher Berechnungen bzw. Versuche getroffen werden. Hierfür sind ausserdem unten noch genauere Hinweise gegeben.

Im folgenden soll die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.

In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 ein Schema eines zweistufigen hydraulischen Grubenstempels mit zwischen oberem und unterem Zylinder angeordnetem Druckminderventil,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Druck- und Kraftverhältnisse,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine praktische Ausführungsform des Druckminderventils.

Ein hydraulischer Grubenstempel 1 mit einer Tragkraft von 70 Mp setzt sich aus einem unteren Zylinder 2 und einem teleskopisch in diesem angeordneten oberen Zylinder 3 mit/Kolben 4 und Stange 5 zusammen. Der obere Zylinder 3 weist einen Ein- und Auslass 6, der untere Zylinder 2 einen Ein- und Auslass 7 auf; beide sind durch eine Leitung 8 über ein Druckminderventil 9 miteinander verbunden. Die Leitung 8 ist zwischen dem oberen Zylinder 3 und dem Druckminderventil 9 an eine Druckmittelleitung 10 angeschlossen. Eine weitere Druckmittelleitung 11 führt durch eine Öffnung 12 i» den Ringraum des oberen Zylinders 3.

Das Druckminderventil 9 weist einen Ventilsitz 13 an dem einen stirnseitigen Ende eines Zylindergehäuses 14 und einen als Stufenkolben in dem Zylindergehäuse 14 angeordneten Ventilkör-

-S-

709809/0579

per 15 auf. Der gestufte Ventilkörper 15 bildet mit dem Zylindergehäuse 14 auf der Eingangsseite im Anschluss an den Ventilsitz 13 einen Ringzylinderraum 16 mit einem Innendurchmesser vom wirksamen Durchmesser D-j des Ventilsitzes und einem Aussendurchmesser D2 und auf der anderen Seite einen Zylinderraum mit einem Durchmesser D3, der grosser ist als D2. Zwischen diesen Zylinderräumen 16 und 17 ist ein durch eine öffnung 18 mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Flüssigkeitsreservoir 19 verbundener Ringraum 20 angeordnet. Der Innendurchmesser des Ringraums 20 ist D2, der Aussendurchmesser D3. Eine Querbohrung 21 und eine von dieser ausgehende Axialbohrung 22 im Ventilkörper 15 verbinden den Ringzylinderraum 16 mit deir. Zylinderraum 17; in der Axialbohrung 22 befindet sich eine Drossel 23. Aus den Zylinderraum 17 führt die erwähnte, die beiden Zylinder des Grubenstempels 1 verbindende Leitung 8 weiter in den unteren Zylinder.2. Ferner ist an den Zylinderraum 17 ein Überdruckventil 24 angeschlossen. Schliesslich sind in dem Zylinderraum 17 ein Anschlag 25 für den Ventilkörper 15 und eine den Ventilkörper 15 gegen den Ventilsitz 13 drückende Feder 26 angeordnet.

Daten:

Kolbenfläche des unteren Zylinders 2: 200 cm^ Kolbenfläche des oberen Zylinders 3: 143 cm^

Durchmesser Df des Ventilsitzes 13: 5mm Durchmesser D2 des Ringzylinderraums 16: 13 mm Durchmesser D3 des Zylinderraums 17: 16 rom öffnungsdruck ^pöff des Druckminderventils 9

gegen die Feder 26: 120 bar.

Die aus den vorstehenden Kolbenflächen sich ergebenden Druck-Kraft-Kennlinien 31 bzw. 32 der Zylinder 2 und 3 des Grubenstempels sind in Fig. 2 gezeichnet.

Wird aus der Druckmittelleitung 10 Druckflüssigkeit eingespeist, so fährt zunächst allein der obere Zylinder 3 aus, wobei nur ein geringer Druck aufgrund des Kolbengewichts und der Reibung

- 6 709809/0579

entsteht. Der untere Zylinder 2 bleibt durch das Druckminderventil 9 abgeschlossen. Sobald der Kolben 4 oben anstösst, steigt der Druck im oberen Zylinder und damit auch in der Leitung 8 ziemlich schlagartig an. Erreicht er 120 bar, den öffnungsdruck des Druckminderventils 9, so öffnet dieses. Es strömttDruckflüssigkeit in den unteren Zylinder 2. Dieser fährt aus, wobei in ihm ein durch das Gewicht des oberen Zylinders und die Reibung bestimmter Druck entsteht. Entsprechend diesem Druck wird, da er auf die Rückseite des Ventilkörpers 15 wirkt, der Eingangsdruck vor dem Ventil etwas vergrössert; für die vorliegende Betrachtung können jedoch weiter 120 bar angenommen werden. Stösst der Grubenstempel oben am Hangenden an, so erhöht sich der Druck wiederum sehr schnell. ER steigt vor dem Druckminderventil, d.h. auch im oberen Zylinder, bis auf den Speisedruck, den die Druckmittelleitung 10 abgibt, im vorliegenden Beispielsfall 315 bar. Im unteren Zylinder erreicht er den entsprechenden, durch das Druckminderventil reduzierten Wert.

Hätte das Druckminderventil 9 nach üblicher Bauart nur die Schliesskraft der Feder 26, so wäre dieser Wert 315 - 120 = 195 bar, Die Kraft des unteren Zylinders betrüge nach Punkt 33 auf Linie 31 in Fig. 2 39,2 Mp gegenüber einer Kraft des oberen Zylinders von 45 Mp gemäss Punkt 34 auf Linie 32. Die Anpresskraft des Grubenstempels am Hangenden wäre 39,5 Mp, die Anlagekraft des Kolbens 4 am oberen Ende des oberen Zylinders betrüge 45 - 39,2 =5,8 Mp. Wird durch Senkung des Hangenden eine stärkere Kraft auf den Grubenstempel ausgeübt, steigen die Kräfte im oberen und im unteren Zylinder um gleiche Beträge an. Der damit einhergehende Anstieg der Drücke gemäss den Linien 31 und 32 (im oberen Zylinder wird allerdings erst einmal die Anlagekraft des Kolbens am oberen Zylinderende abgebauiyaufgrund deren verschiedenen Steigungsmasses(verschiedener Kolbenquerschnitte) unterschiedlich. Im unteren Zylinder bedeutet der gleiche Kraftzuwachs einen geringeren Druckanstieg. Die Druckdifferenz zwischen beiden Zylindern wird grosser. Erreicht und überschreitet sie den hier einmal vorausgesetzten Gleichgewichtswert im Druckminderventil von 120 bar, so geschieht, was es zu verhindern gilt: Aus dem oberen Zylinder wird Druckflüssigkeit in den

709809/0 5~7 5"

unteren verdrängt. Dieser kritische Punkt ist in Fig. 2 der Schnittpunkt 35 deT Linie 31 mit einet Parallelen 36 lUT Linie 32 im Abstand von 120 bar. Er liegt bei 60 Mp, würde also die Tragkraft des Grubenstempels auf diesen Wert begrenzen.

Die Linie 36 ist die Gleichgewichtslinie des hier zunächst einmal gedachten, ausschliesslich federbelasteten Druckminderventils mit 120 bar öffnungsdruck, d.h. die Linie, deren senkrechter Abstand von der Linie 32 jeweils die durch das Ventil vorgenommene Druckminderung darstellt und deren Punkte diejenigen Drücke im unteren Zylinder angeben, die mit den durch die jeweils senkrecht darüberliegenden Punkte der Linie 32 repräsentierten Drücken im oberen Zylinder im Gleichgewicht stehen, derart, dass der Ventilkörper des Druckminderventils kraftlos am Ventilsitz anliegt und' eine minimale Druckerhöhung vor dem Ventil zum Durchfluss führen würde. Die Gleichgewichtslinie ist, wohlgemerkt, keine Kennlinie des Druck-Kraft-Diagramms. Sie ist eine Nomogramm-Linie.

Um dem Grubenstempel eine grössere Tragkraft zu geben, muss ein Druckminderventil mit einer Gleichgewichtslinie gefunden werden, die die Linie 31 erst an einem höheren Punkt als 35 oder überhaupt nicht mehr schneidet, d.h. in dem in Frage kommenden Bereich überall einen grösseren Abstand von der Linie 32 hat als die Linie 31. Damit auch der Raubdruck noch verkraftet wird, muss die gesuchte Gleichgewichtslinie weiterhin noch mit jedem ihrer Punkte über die Linie 31 hinaus mindestens um den im oberen Zylinder durch den Raubdruck erzeugten Druckbetrag nach unten gerückt sein. Dieser Druckbetrag ist gleich demjenigen Druck, der sich aus dem in den Ringraum über dem Kolben des oberen Zylinders zum Rauben eingebrachten Druck für den, im Querschnitt ja grösseren, Zylinderraum unter dem Kolben errechnet, vermindert um denjenigen Druck, der sich aus der Anlagekraft des Kolbens am oberen Zylinderende für den oberen Zylinderraum errechnet. Die beim Setzen des Grubenstempels wie schon angegeben entstehende und, soweit sich das Hangende nicht senkt, verbleibende Anlagekraft wird durch den Raubdruck abgebaut, bevor sich

709809/0579

L. yj «J / / I >-<

dieser in eine Druckerhöhung im Zylinderraum unter dem Kolben umsetzt. Beispiele für derartige Rechnungen finden sich weiter unten.

Durch Versuche wurde nun ermittelt, dass die Gleichgewichtslinie 37 des beschriebenen Druckminderventils 9 mit den angegebenen Daten die vorstehenden Bedingungen erfüllt, d.h. jedenfalls jenseits bzw. unter der aus diesen Bedingungen sich ergebenden Grenzlinie liegt. Es wurden alle in Betracht zu ziehenden Belastungsfälle geprobt; bei keinem trat eine Verdrängung von Druckmittel aus dem oberen in den unteren Zylinder auf.

Die für den vorher betrachteten Fall der Gleichgewichts linie 36 bereits beschriebenen Vorgänge beim Füllen der Zylinder und bei nachfolgender Lasterhöhung vollziehen sich hier mit folgenden Drücken und Kräften:

Der aus 315 bar Vordruck sich hinter dem Druckminderventil 9 ergebende Gleichgewichtsdruck und damit, wenn keine weiteren Massnahmen getroffen werden, Fülldruck für den unteren Zylinder beträgt nach Punkt 38 auf Linie 37 44 bar. Der untere Zylinder erhält bei diesem Druck gemäss Punkt 39 auf Linie 31 eine Kraft von 8,5 Mp gegenüber, wie im vorigen Beispieles Mp Kraft des oberen Zylinders. Die Anpresskraft des Grubenstempels am Hangenden wäre also 8,5 Mp, die Anlagekraft des Kolbens 4 am oberen Ende des oberen Zylinders 45 - 8,5 ^s 36,9 Mp. Steigen durch Senkung des Hangenden die Drücke in den beiden Zylindern entlang der Linien 31 und 32 an, so wird im Gegensatz zur Linie 36 die Gleichgewichtslinie 37 des nach der Erfindung vorgesehenen Druckminderventils trotzdem nie geschnitten, weil sie mit der Linie divergiert. Das Ventil hält den unteren Zylinder vom oberen abgeschlossen, wie gross der Druck auch wird.

Um dem Grubenstempel ausserdem nun noch eine grössere Anpresskraft von vorn herein zu geben, ist die Drossel 23 in die Bohrung 22 des Ventilkörpers 15 eingebaut.

Die Drossel hat die Wirkung, dass sie während des Füllens des

709809/0579

unteren Zylinders mit Druckmittel die Kolbenfläche des Ringzylinderraums 16 mit dem Durchmesser D₂ im Effekt der vom Ventilsitz 13 begrenzten Fläche mit dem Durchmesser D-j zuschlägt:

Die nach Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz aufgrund des auf die Ventilsitzfläche mit dem Durchmesser D^ wirkenden Eingangsdrucks in den Ringzylinderraum 16 einströmende Druckflüssigkeit kann infolge der Drosselung nur so langsam durch den Ventilkörper 15 weiterfliessen, dass in dem Ringzylinderraum 16 ein wesentlich stärkerer Druck entsteht als der sonst hier vorhandene reduzierte Druck des Druckminderventils und dass auch der Eingangsdruck vor dem Ventil weit über die ursprünglichen 120 bar ansteigt. Der Durchmesser Ü£ des Ringzylinderraums ist so bemessen, dass durch den erhöhten Druck der Ventilkörper ganz vom Ventilsitz weggeschoben wird bis zur Anlage an dem Anschlag 25 und sich hierdurch in dem Ringzylinderraum 16 der volle Eingangsdruck des Ventils aufbauen kann. Während das Gleichgewicht des Druckminderventils, also der Zustand, in dem es gerade nicht öffnet, auf den beiden Seiten bestimmt wird durch die Kräfte

Ventil- Ringzylinderraum- Zylinder- Feder sitzfläche fläche raumfläche

wobei Pg der vor dem Druckminderventil herrschende Eingangsdruck, P_R der durch das Druckminderventil geschaffene reduzierte

Druck und
Kp die Schliesskraft der Feder 26

herrschen beim Füllvorgang auf der Eingangsseite die Kräfte Pg· λ .D^+Pg'^T*· (D₂ -D-j ) : die zusätzliche Kraft in öffnungsrichtung beträgt (Pg-P_R) ·*Τ^* (D₂ -D-j ) , wobei aber Pg, wie gesagt, noch stark erhöht ist. Die sonst am Ventilsitz gegebene statische Regelung von Pg auf P_R, die auch den Füllvorgang bestimmen würde, ist aufgehoben, stattdessen erfolgt beim Füllen eine rein dynamische Druckminderung an der Drossel. Unter diesen Verhältnissen kann im entscheidenden Moment, am Ende des Füllvorgangs, ein grösserer Druck in den unteren Zylinder gelangen.

- 10 -

709809/0579

- ίο -

Nach seinem vollständigen Ausfahren, während kurz noch ein wenig Druckflüssigkeit aufgrund elastischer Volumenvergrösserung des Zylinders, Zusammenpressung von Lufteinschlüssen in der Druckflüssigkeit u. dgl. einfliesst, steigt der Druck im unteren Zylinder ganz schnell an. Damit erhöht sich die Schliesskraft der Zylinderfläche 4"O₃^ entsprechend, und der Ventilkörper wird in die Schließstellung zurückgeschoben. Welcher Druck dabei noch im unteren Zylinder erreicht wird, hängt ausser vom Speisedruck der Druckmittelleitung und von der übrigen Auslegung des Druckminderventils von der Drossel ab. Bei dem Druckminderventil gemäss Fig. 3 und 315 bar Speisedruck=Eingangsdruck wurden mit Drosseldurchmessern von 2,5; 2,0; 1,5 und 1,0 mm Drücke von 65, 95, 135 bzw. 165 bar erzielt. Praktisch verwendet wurde schliesslich eine Drossel mit 1,3 mm Durchmesser und 8 mm Länge, die 150 bar Fülldruck im unteren Zylinder entstehen liess. Gemäss Punkt 40 auf Linie 31 ergibt sich daraus eine Zylinderkräft und Anpresskraft des Grubenstempels von 30t.

Die Funktion des so erhaltenen Druckminderventils sei nun noch einmal zusammenhängend beschrieben:

Aus der Druckmittelleitung 10 wird Druckflüssigkeit in die Leitung 8 gespeist. Es fährt zunächst allein der obere Zylinder 3 aus. Dabei entsteht darin nur ein geringer Druck aufgrund des Kolbengewichts und der Reibung. Der untere Zylinder 2 bleibt durch das Druckminderventil 9 abgeschlossen. Sobald der Kolben oben anstösst, steigt der Druck im oberen Zylinder und damit auch in der Leitung 8 ziemlich schlagartig an. Erreicht er 120 bar, den Öffnungsdruck des Druckminderventils 9, so öffnet dieses. Der Ventilkörper 15 hebt sich dabei nicht nur, wie üblich, ein wenig vom Ventilsitz 13 ab, sondern wird nach dem Abheben durch den aufgrund der Drosselung vor der Kolbenfläche des Ringzylinderraums 16 sich - schliesslich bis zum Speisedruck von 315 bar - aufbauenden Druck sofort bis zur Anlage an dem Anschlag 16 verschoben. Es strömt Druckflüssigkeit in den unteren Zylinder 2. Dieser fährt aus, wobei in ihm ein durch das Gewicht des oberen Zylinders und die Reibung bestimmter Druck entsteht. Stösst

- 11 -

709809/0579

der Grubenstempel oben am Hangenden an, so erhöht sich der Druck im unteren Zylinder sehr schnell. Damit erhöht sich die Schliesskraft der rückwärtigen Zylinderfläche des Ventilkörpers entsprechend, so dass dieser in seine Schließstellung zurückgeschoben und wieder an den Ventilsitz angepresst wird. Wie schon angegeben kommt es dabei in dem unteren Zylinder noch zu einem Fülldruck von 150 bar, der gemäss Punkt 40 auf Linie 31 eine Zylinderkraft von 30 Mp entstehen lässt. Der Druck im oberen Zylinder ist bereits zu Beginn des Füllens des unteren Zylinders, als der Eingangsdruck des Druckminderventils auf den Speisedruck von 315 bar anstieg, auf gleichfalls 315 bar gestiegen, womit die Kraft des oberen Zylinders nach Punkt 34 auf Linie 32 45 Mp beträgt. Die Anpresskraft des Grubenstempels ist gleich der kleineren der beiden Zylinderkräfte, also 30 Mp. Daraus ergibt sich eine Anlagekraft des Kolbens am Ende des oberen Zylinders von 45-30=15 Mp.

Der Eingangsdruck am Druckminderventil ist 315 bar, der Gegendruck aus dem unteren Zylinder 150 bar. Nach der Gleichgewichtslinie 37 des Druckminderventils würde dieses bei 315 bar Eingangsdruck erst öffnen, wenn der Gegendruck weniger als 44 bar beträgt (Punkt 38, korrespondierend mit dem senkrecht darüberliegenden Punkt 34 der Linie 32). Es sind also noch 1SO-44«1O6 bar Sicherheit gegen Flüssigkeitsverdrängung aus dem oberen in den unteren Zylinder vorhanden.

Wird der Grubenstempel in diesem Zustand versehentlich mit Raubdruck in Höhe des vollen Speisedrucks beaufschlagt - an sich ist ein verminderter Druck vorgesehen -, geschieht folgendes: Aus 315 bar Druckeinspeisung über dem Kolben des oberen Zylinders entsteht bei der vorhandenen Grosse der betreffenden Ringkolbenfläche eine Kraft von 30 Mp. Diese Kraft komoensiert ^*^e 15 Mp Anlagekraft des Kolbens am oberen Zylinderende und wird mit der Restkraft von 30-15*15 Mp auf die Füllflüssigkeit des oberen Zylinders wirksam. In dieser erhöhen 15 Mp gemäss der Steigung der Linie 32 den Druck um 110 bar, d.h. von 315 auf 425 bar. Bei 425 bar Eingangsdruck würde das Druckminderventil

- 12 -

709809/0579

öffnen, wenn der Gegendruck weniger als 68 bar beträgt (Punkt der Gleichgewichtslinie 37, korrespondierend mit Punkt 41 der Linie 32). Es sind also noch 150-68=82 bar Sicherheit gegen Verdrängung aus dem oberen in den unteren Zylinder vorhanden.

Will sich der Berg senken, nachdem der Grubenstempel gesetzt ist, wird dadurch die Last des Grubenstempels über die ursprüngliche Anpresskraft hinaus erhöht. Es sei für den vorliegenden 70-t-Stempel eine Erhöhung bis zur vorgesehenen Grenzbelastung von 70 Mp betrachtet:

Im Gegensatz zu dem nur im oberen Zylinder sich auswirkenden Raubdruck wirkt die Last auf beide Zylinder. In dem Masse, in dem sich die Last vergrössert, steigt der Druck im unteren Zylinder an. Im oberen wird zunächst die Anlagekraft abgebaut, dann steigt auch hier der Druck. In dem Diagramm Fig. 2 bedeutet das, dass zunächst nur der Punkt 40 auf der Linie 31 nach oben wandert. Nachdem er unter dem Punkt 34 vorbeigekommen ist, d.h. die beiden Zylinderkräfte gleich geworden sind und keine Anlagekraft des Kolbens im oberen Zylinder mehr besteht, wandert auch der Punkt 34 auf der Linie 32 nach oben; er liegt dabei immer über dem Punkt 40. Der Kolben 4 des oberen Zylinders hat dann von dem Zylinderende einen durch die Elastizität des Zylinders und der Druckflüssigkeit bedingten, jedoch minimalen, Abstand. Bei 70 Mp Last herrscht nach Punkt 43 bzw. 44 auf Linie 32 bzw. 31 in den beiden Zylindern ein Druck von 490 bzw. 350 bar. Bei 490 bar Eingangsdruck würde das Druckminderventil öffnen, wenn der Gegendruck weniger als 82 bar beträgt (Punkt 45 der Gleichgewichtslinie 37, korrespondierend mit Punkt 43 auf Linie 32). Es sind also noch 350-82=268 bar Sicherheit gegen Verdrängung aus dem oberen in den unteren Zylinder vorhanden.

Wird der Grubenstempel in diesem Zustand mit Raubdruck von 315 bar beaufschlagt, wirkt auf den oberen Zylinder eine zusätzliche Kraft von 30 Mp (siehe oben), die den Druck im oberen Zylinder entsprechend dem Steigungsmass der Linie 32 um 220 bar auf 490+220-710 bar erhöht. Im unteren Zylinder bleiben 350 bar. Bei 710 bar Eingangsdruck würde nach den Linien 32 und 37 das Druck-

- 13 -

709R 0.9/0579

minderventil öffnen, wenn der Gegendruck weniger als 120 bar beträgt (die betreffenden Punkte liegen schon ausserhalb der Zeichnung Fig. 2). Da der vorhandene Gegendruck mit 350 bar um 350-120=270 bar grosser ist, kann also auch hier keine Hydraulikflüssigkeit aus dem oberen in den unteren Zylinder verdrängt werden und bleibt demzufolge der hydraulische Grubenstempel stabil.

Im folgenden sei das Druckminderventil 9 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf Fig. 3 noch etwas mehr im einzelnen beschrieben.

Das Zylindergehäuse 14 wird durch einen zylindrischen Innenmantel 50 und zwei diesen von den Stirnseiten her übergreifenden Töpfen 51 und 52 gebildet, die mittels einer durch eine Kontermutter 53 gesicherten Gewindehülse 54 aneinandergeschraubt sind. Der Innenmantel 50 ist unter Zwischenlegung einer den Ventilsitz 13 bildenden Ringscheibe in den einen Topf 52 eingeschraubt. Die Innenwand des Innenmantels 50 ist gestuft und bildet mit einer entsprechenden Stufung des in dem Innenmantel 50 verschiebbaren Ventilkörpers 15 den Ringraum 20, der durch die, gebohrte^ Öffnung 18 mit einem zwischen den Töpfen 51 und 52 freigelassenen Zwischenraum 55 verbunden ist; die weitere Verbindung aus diesem zu dem Flüssigkeitsreservoir 19 ist nicht dargestellt. Die auf der einen Seite gegen, den Ventilkörper 15 drückende Feder 26 ist auf der anderen Seite gegen eine Scheibe 56 abgestützt.

Bei 57 und 58 sind Verbindungsteile dargestellt, mittels derer das Ganze dicht in eine durch Druckschläuche mit dem unteren Zylinder 2, dem oberen Zylinder 3 und der Druckmittelleitung 10 verbundene Kapsel eingesetzt wird.

Schliesslich sind in Fig. 3 die wirksamen Kolbenflächen des Ventilkörpers umklammert und bezeichnet, und zwar die Kolbenfläche des Ventilsitzes 13 mit 60, die Kolbenfläche des Ringzylinderraums 16 mit 70 und die Kolbenfläche des Zylinderraums 17 mit 80.

- 14 -

709809/0579

Die Grossen der Kolbenflächen 60,70 und 80 sind experimentell gefunden worden und können auch für andere Verhältnisse durch systematische Routineversuche ermittelt werden. Dafür ergeben sich aus dem Vorstehenden von selbst Richtlinien, die ein gezieltes Arbeiten ermöglichen. Es versteht sich beispielsweise, dass mit steigendem Kolbendurchmesser D3 und insbesondere mit steigender Differenz D₃-D₂, d.h. mit steigender Querschnittsfläche des Ringraums 20, die Gleichgewichtslinie des Druckminderventils flacher gelegt wird, dass ferner für das Verschieben des Ventilkörpers vom Ventilsitz zu dem Anschlag ein bestimmter Drosseldurchmesser eine bestimmte Mindestgrösse des Kolbendurchmessers D₂ und insbesondere der Differenz D2-D1 verlangt, u.a.m.. Die gemäss der weiter oben stehenden Gleichung beim statischen Gleichgewicht zwischen den einzelnen Grossen bestehenden Beziehungen kann man sich durch Entwickeln der Gleichung nach Dp D₂ und D₃ und vor allem nach Pn noch weiter verdeutlichen, wobei Kp=Pöff «D.j .-T" zu setzen ist. (Pöff ist der öffnungsdruck des Druckminderventils, d.h. der Eingangsdruck, bei dem das Ventil öffnet, wenn noch kein Flüssigkeitsdruck auf der anderen Ventilseite vorhanden ist.)

- 15 709809/0579

Claims (4)

1. - 15 Patentansprüche

   M.!Druckminderventil für eine Verbindung der beiden Zylinder eines zweistufigen teleskopischen hydraulischen Grubenstempels, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (15) als ein Stufenkolben ausgebildet ist, der hinter dem Ventilsitz (13) eine von der Ventileingangsseite her beaufschlagte ringförmige Kolbenfläche (70) und hinter dieser eine grössere, i» Gegensinn beaufschlagte weitere Kolbenfläche (8) und dazwischen einen drucklosen Raum (20) aufweist, dass aus dem Zylinderraum (16) der erstgenannten Kolbenfläche (70) durch den Stufenkolben (15) eine Bohrung (21,22) in den Zylinderraum (17) der weiteren Kolbenfläche (80) führt und dass an dieser eine eine Schliesskraft erzeugende Feder (26) angreift.
2. 2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der genannten Bohrung (22) eine Drossel (23) angeordnet ist.
3. 3. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung insgesamt als Drossel bemessen ist.
4. 4. Druckminderventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsweg des Ventilkörpers (15) durch einen Anschlag (25) begrenzt ist.

   709809/0579

   Leerseite