DE2537715C3

DE2537715C3 - Druckminderventilanordnung und -ausbildung für die Verbindung der beiden Druckräume eines zweistufigen teleskopischen Grubenstempels

Info

Publication number: DE2537715C3
Application number: DE19752537715
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: SAARBERGWERKE AG 6600 SAARBRUECKEN
Current assignee: SAARBERGWERKE AG 6600 SAARBRUECKEN
Priority date: 1975-08-23
Filing date: 1975-08-23
Publication date: 1980-11-06
Also published as: FR2322319A1; DE2537715B2; DE2537715A1; GB1553682A; FR2322319B1

Description

Teleskopsaife durch Verdrängung von Druckflüssigkeit aus einem in den, anderen Druckraum unter Last einfahren kann, bietet die aus der GB-PS 10 79 789 und der DE-AS 12 37 04p bekannte Art von Stempeln. Bei dieser besteht die obere Teleskopstufe aus einem Hohlzylinder, der zusammen mit einem Kernteil der unteren Teleskopstufe einen weiteren Druckraum für die Oberstufe bildet, und dieser kann zusammen mit dem, ringförmigen, anderen Druckraum der Oberstuie den gleichen Querschnitt haben wie der untere, auf die Unterstufe wirkende Druckraum. Nach der GB-PS ist die Nachgiebigkeit des Stempels jedoch im Gegenteil erwünscht, in der DE-AS ist sie nicht betrachtet; in beiden Fällen läßt man übrigens auch die Unterstufe zuerst ausfahren. Auf jeden Fall aber ist die Konstruktion durch das doppelte Ineinandergreifen der beiden Teleskopstufen und'den weiteren Druckraum außerordentlich kompliziert

Der vorliegenden Erfindung liegt di" Aufgabe zugrunde, bei einem Doppelteleskopstempel mit einer Ventilanordnung unci -ausbildung der eingangs erläuterten Gattung das Druckminderventil so auszubilden, daß unabhängig von der Last sowohl während des Ausfahrvorganges der Unterstufe als auch im nachfolgenden Ruhezustand des Stempels die Oberstufe durch von außen angreifende bzw. auf den Stempel einwirkende Lasten nicht in die Unterstufe einfährt.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Ventilschließkörper als ein Stufenkolben ausgebildet ist, der hinter dem Ventilsitz eine von der Ventileingangsseile her beaufschlagte ringförmige Kolbenfläche u.id hinter dieser eine größere im Gegensinn beaufschlngte weitere 'Kolbenfläche und dazwischen einen drucklosen Raum aufweist, daß aus dem der erstgenannten Kolbenfläche zugehörigen Zylindenaum durch den Stufenkolben eine. Bohrung in den der anderen Kolbenfläche zugehörenden Zyiinderraum führt und daß an dieser Kplbenfläche die die Schließkraft erzeugende Feder angreifL

Die genannte weitere Kolbenfläche dieses Ventils läßt neben der konstanten Federkraft eine zusätzliche Schließkraft für das Ventil entstehen, die proportional mit dem auf der Rückseite des Ventils und im unteren Druckraum des Stempels herrschenden Druck ansteigt. Hierdurch kann der¹ öffnungsdruck des Ventils anfangs der gleiche bleiben,, bei höheren Drücken aber so groß sein, daß er auch unter der Wirkung des erwähnten Raubdrucks nich* erreicht wird.

Ventile mit Stufenkolben sind, jedoch in anderer Gestaltung, als Druckbegrenzungsventile allgemein bekannt, z. B. aus der DE-AS 15 83 067 für Grubenstempel und aus »Ölhydraiilik und Pneumatik« 18 (1974), Nr. 5, S. 433.

Um auch unter den Verhältnissen des neuen Ventils einen hohen Druck in den unteren Druckraum des Stempels zu bringen und damit dem Stempel eine große Tragkraft zu geben, wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, in der genannten Bohrung eine Drossel anzuordnen oder die Bohrung insgesamt als Dn'V .el auszubilden, damit sich beim Füllen des unteren Druckraums vor H ··-.genannten Kolbenfläche ein Druck aufbauen kann, der den Ventilkörper vom Ventilsitz abhebt, s,o daß hier keine Drosselung mehr stattfindet und die druckmindernde Wirkung der Federschließkraft während des Füllvorgängs ausgeschaltet wird. Zugleich hat das den Vorteil, daß der Ventilsitz weniger durch die Strömung in Mitleidenschaft gezogen wird.

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 zwisehen dem Ventilsitz und der erstgenannten und der weiteren Kolbenfläche sowie des Drosseldurchmessers kann ohne weiteres aufgrund einfacher Berechnungen bzw. Versuche getroffen werden. Hierfür Find außerdem unten noch genauere Hinweise gegeben.

ίο Im folgenden soll die Erfindung durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen stellen dar:
F i g. 1 ein Schema eines zweistufigen hydraulischen

Ii Grubenstempels mit zwischen oberem und unterem Zylinder angeordnetem Druckminderventil,

F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Druck- und Kraftverhältnisse,
F i g. 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 einem Kolben 4 und Stange 5 zusammen. Der obere Zylinder 3 weist eir;en 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 in 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 Ventiikörper 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 Dt des Ventilsitzes und einem Außendurchmesser D₂ und auf der anderen Seite einen Zylinderraum 17 mit einem Durchmesser Dj, der größer ist als Dj. 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 Di, der Außendurchmesser Di. Eine Querbohrung 21 und eine von dieser

so ausgehende Axialbohrung 22 im Ventilkörper 15 verbinden den Ringzylinderraum 16 mit dem Zylinderraum 17; in der Axialbohrung 22 befindet sich eine Drossel 23. Aus dem 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:

Xolbenfläche des unteren Zylinders 2: 200 cm²
Kolbenfläche des oberen Zylinders 3: 143 cm²
Durchmesser D\ des Ventilsitzes 13: 5 mm
Durchmesser D₂ des
Ringzylinderraurris 16: 13 mm

Durchmesser Dj des Zylinderraums 17: 16 mm
öffnungsdruck Pa/rdes
Druckminderventils 9 gegen die

Feder26:

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 Druckmiltelleitung 10 Druckflüssigkeit eingespeist, so fährt zunächst allein die Kolbenstange 5 des oberen Zylinders 3 aus, wobei nur ein geringer Druck aufgrund des Kolbengewichts und der Reibung ;entsteht. Der Druckraum des unteren Zylindes 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 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. 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 oK η 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 jo die Druckmiltelleitung 10 abgibt, im vorliegenden Beispielsfall 315 bar. Im unteren Zylinder erreicht er den entsprechenden, durch das Druckminderventil reduzie:- ten Wert.

Hätte das Druckminderventil 9 nach üblicher Bauart :S5 nur die Schließkraft der Feder 26, so wäre dieser Wert 315—120 = 195 bar. Die Kaft 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 w Grubenstempels am Hangenden wäre 39,5 Mp, die Aniagekraft 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 abgebaut) ist aufgrund deren verschiedenen Steigungsmaßes (verschiedener Kolbenquerschnitte) unterschiedlich. Im unteren Zylinder bedeutet der gleiche Kraftzuwachs einen geringeren Druckanstieg. Die Druckdifferenz zwischen beiden Zylindern wird größer. 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 unteren verdrängt. Dieser kritische Punkt ist in Fig.2 der Schnittpunkt 35 der Linie 31 mit einer bo Parallelen 36 zur Linie 32 im Abstand von 120 bar. Er liegt bei 60 Mp, würde also die Tragkraft des Grubenstempels auf diesen Wert begrenzen.

Die Linie 38 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 vonder 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, verbleibenda Anlagekraft wird durch den Raubdruck abgebaut, bevor sich dieser in eine Druckerhöhung im Zylinderraum unter dem Kolben umsetzt. Beispiele für derartige Rechnungen finden sich weiter unten.

Durch Versuche wurde nun erni, feit, daß die Gleichgewichtslinic 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 ¹FaII der Gleichgewichtslinie 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, FuHdruck für den unteren Zylinder beträgt nach Punkt 38 auf Linie 37 44 bar. Der untere Zylinder erhält bei diesem Da\ck gemäß Punkt 39; auf Linie 31 eine Kraft von 8,5 Mp gegenüber, wie im vorigen Beispiel, 45 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 = 363 Mp. Steigen durch Senkung des Hangenden die Drücke in den¹, 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' 31 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. ι

Die Drossel hat die Wirkung, daß sie während des Füllens des unteren Zylinders mit Druckmittel die Kolbenfläche des Ringzylinderraums 16 mit dem Durchmesser Ch im Effekt der vom Ventilsitz 13 begrenzten Fläche mit dem Durchmesser D\ zuschlägt:

Die nach Abheben de^ Venlilkörpers vom Ventilsitz aufgrund des auf die Ventilsitzfläche mit dem Durchmesser D\ wirkenden Eihgangsdrucks 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 Drück 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 D2 des Ringzylinderraums ist so bemessen, daß durch den erhöhten Drück 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

4 4 4

Ventilsitzfläche

Ringzylinderraumfläche

Zylinder- Feder raumfläche

wobei '

Pt der vor dem Druckminderventil herrschende

Eingangsdruck,
Pr der durch das Druckminderventil geschaffene

reduzierte Drink und
Kr die Schließkraft der, Feder 26

herrschen beim Füll Vorgang auf der Eingangsseite die Kräfte

P_E- J- -Dl+ P, ·£ -(Di -D\): die zusätzliche Kraft in Öffnungsnchtung beträgt

wobei aber Pr, wie gesagt, noch stark erhöht ist. Die sonst am Ventilsitz gegebene statische Regelung von Ρε auf Pk, die auch den FüHvorgsng 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.

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

entsprechend, und der Ventilkörper 15 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

H) Durchmesser und 8 mm Länge, die 150 bar Fülldruck im unteren Zylinder entstehen ließ. Gemäß Punkt 40 auf Linie 31 ergibt sich daraus eine Zylinderkraft und Anpreßkraft des Grubenstempels von 30 t.

Die Funktion des so erhaltenen Druckminderventils

π sei nun noch einmal zusammenhängend beschrieben:

Aus der Druckmitieileitung 10 wird Druckflüssigkeit in die Leitung 8 gespeist. Es fährt zunächst allein die Kolbenstange des oberen Zylinders 3 aus. Dabei entsteht darin nur ein geringer Druck aufgrund des Kolbengewichts und der Reibung. Der Druckraum des unteren Zylinders 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

2^r> 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 Ringzylilnderraums 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 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 Line 32 45 Mp beträgt. Die Anpreßkraft des Grubenstempels ist gleich der kleineren der beiden Zylinderkräfte, also 30 Mp.

Daraus ergibt sich eine Ai.lagekraft 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 150—44 = 106 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 Größe der betreffenden Ringkolbenfläche eine Kraft von 30 Mp. Diese Kraft kompensiert die 15Mp Anlagekraft des Kolbens am oberen Zylinderende und wird mit der Restkraft von 30-15 = 15 Mp aif 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 öffnen, wenn der Gegendruck weniger als 68 bar beträgt (Punkt 42 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 F i g. 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 Sicherheil 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 Druckminderventil öffnen, wenn der Gegendruck weniger als ! 20 bar beträgt (die betreffenden Punkte liegen schon außerhalb der Zeichnung F i g. 2). Da der vorhandene Gegendruck mit 350 bar um 350—120 «= 270 bar größer 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 F i g. 3 noch etwas mehr im einzelnen beschrieben.

Das Zylindergehäuse 14 wird durch einen zylindrischen Innenmante! 50 und zwei diesen von den Stirnseiten her übergreifenden Topfen 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 Topfen 51 und 52 freigelassenen Zwischenraum 55 verbunden ist; ^ie 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 F i g. 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.

Die Größen 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 Kolbendurchroesser Eh und insbesondere mit steigender Differenz 'Lh— Di, 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 Eh'und insbesondere der Differenz Lh— D\ verlangt, u.a.m. Die gemäß der weiter oben stehenden Gleichung beim statischen Gleichgewicht zwischen den einzelnen Größen bestehenden Beziehungen kann man sich durch Entwickeln der Gleichung nach D_u D₂ und Eh und vor allem nach P« noch weiter verdeutlichen, wobei

= P,

TT

«ff

zu setzen ist. (P„n ist der öffnungsdruck des Druckminderventils, d. h. der Eingangsdruck, bei dem das Ventil öffnet, wenn noch kein Flüssigkeitsdruck auf der anderen Ventilseite vorhanden ist.) [

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckmindervenülanordnung und'-ausbildung für die Verbindung der beiden Druckrkume eines zweistufigen teleskopischen Grubenstempels, bei dem bei Beaufschlagung des Stempels mit Druckmittel zunächst die Oberstufe und erst danach die Unterstufe ausfährt und bei dem zur Verbindung der Druckräume der beiden Teleskopstufen eine Druckmittelleitung vorgesehen ist, in die das Druckminderventil derart eingeschaltet ist, daß sein Ventilschließkörper in Richtung des Druckraumes der Oberstufe über eine in dieser Richtung auf ihn einwirkende Feder gegen den zugehörigen Ventilsitz beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschließkörper (15) als ein Stufenkolben ausgebildet ist, der hinter dem Ventilsitz (13) eine von der Vt-ntileingangsseite her beaufschlagte ringförmige Kolbenfläche (70) und hinter dieser eine größere im Gegensinn beaufschiagte weitere Kolbenfläche (8) und dazwischen einen drucklosen Raum (20) aufweist, daß aus dem der erstgenannten Kolbenfläche (70) zugehörigen Zylinderraum (16) durch den Stufenkolben (15) eine Bohrung (21, 22) in den der anderen Kolbenfläche (80) zugehörenden Zylinderraum (17) führt und daß an dieser Kolbenfläche (80) die die Schließkraft erzeugende Feder (26) angreift.

2. Druckminderventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der genannten Bohrung (22) eine Drossel (23) angeordnet ist.

3. Druckminderventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung insgesamt als Drossel bemessen ist.

4. Druckminderventil nach Anspruch 2 oder -3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsweg des Ventilschließkörpers (15) durch einen Anschlag (25) begrenzt ist.

Die Erfindung betrifft eine Druckminderventilanord nung und ausbildung für die Verbindung der beiden Druckräume eines zweistufigen teieskopischen Grubenstempels, bei dem bei Beaufschlagung des Stempels mit Druckmittel zunächst die Oberstufe und erst danach die Unterstufe ausfährt und bei dem zur Verbindung der Druckräume der beiden Teleskopstufen eine Druckmittclleitung vorgesehen ist, in die das Drucktniuelventil derart eingeschaltet ist, daß sein Ventilschließkörper in Richtung des Druckraumes der Oberstufe über eine in dieser Richtung auf ihn einwirkende Feder gegen den zugehörigen Ventilsitz beaufschlagt ist.

Grubenstempel dieser Art werden beim Schreitausbau an der vordersten Ausbaulinie angewendet. Sie werden für jeden neuen Schnitt im Streb, d. h. alle paar Stunden, um die Tiefe des Schnittes vorgerückt. Hinter ihnen erfolgt der endgültige Ausbau. Diese Anwendungsarl 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 beide Druckräume miteinander verbunden sind, nicht leicht zu erreichen. Es muß nämlich verhindert werden, daß unter Last Hydraulikflüssigkeit aus dem oberen

Druckraum in den unteren Druckraum verdrängt wird. Da der obere Druckraum des teleskopischen Zylinders einen kleineren Querschnitt als der untere hat, entsteht bei gleicher Kraftbelastung im oberen Druckraum ein größerer Druck als im unteren. Strömt dadurch Hydraulikflüssigkeit über, so ergibt sich aus der Querschnittsdifferenz, daß das verschobene Volumen die untere Teleskopstufe weniger weit ausfahren als es die obere Teleskopstufe einfahren läßt Der Stempel trägt dann nicht mehr.

Um dies zu verhindern, hat man bisher die beiden Druckräume des Stempels getrennt mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Es ist aus der Praxis bekannt, hierfür zwei verschiedene Ventile'zu verwenden oder ein Ventil, das das Füllen der Druckräume in getrennten Arbeitsgängen erlaubt. Ferner hat man versucht, die beiden Druckräume miteinander zu verbinden, dabei aber durch ein Druckminderventil voneinander zu trennen, das einen genügenden Überdruck im oberen Zylinder sicherstellt. Dieser Versuch ist letztlich fehlgeschlagen. Die vorgesehene Gebirgsbelastung allein konnte zwar getragen werden. Es kam aber zu der Verdrängung, wenn die obere Teleskopsiufe an der Oberseitf mit Raubdruck beaufschlagt wurde. Der Raubdruck wird an sich beim Rauben eines Stempels, wenn sich die beiden Zylinder entleeren sollen, zur Erzeugung einer die obere Teleskppstufe einschiebenden Kraft angewandt; für das Einschieben der unteren Teleskopsiufe reicht die Schwerkraft der oberen Teleskopstufe 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 Druckraum 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 Druckraum geschaltetes Druckminderventil standhalten. Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus. '

Unabhängig von dem Druck im oberen Druckraum und der Druckdifferenz zum unteren Druckraum ist die aus den DE-OS 19 31 627 und 21 51 428 und der DE-AS 20 01 809 bekannte Art teleskopischer Grubenstempel, bei denen die Druckräume der beiden Stufen durch ein federbelastetes, druckminderndes Rückschlagventil im Boden der unteren Teleskopstufe verbunden sind, das in Richtung des oberen Druckraums öffnet und in Richtung des unteren Druckraumes schließt. Diese Bauart bedingt aber, daß zuerst die Unterstufe und dann die Oberstufe ausfährt, und dies wiederum bedingt, einen weiteren Zylinderraum eigefns für das Rauben ringgförmig um die untere Teleskopstufe herum einzurichten. Denn die zuerst und damit unabhängig von den recht unterschiedlichen Strebhöhen immer ganz ausfahrende Teleskopstufe soll auch diejenige sein, die zum Rauben des Stempels hydraulisch wieder eingeschoben wird, damit bei diesem Vorgang die Verkleinerung des Stempels um eine volle Stufenlänge und damit ein genügender freier Abstand vom Hangenden sichergestellt ist. Über der oberen Teleskopstufe ergibt sich der den anderen Druckräumen entgegengerichtete Druckraum Für das Rauben von selbst. Auch noch aus anderen Gründen ist es erwünscht, die Teleskopstufe mit dem kleinsten Durchmesser, die die Kappe des Stempels trägt, zuerst und um ihre ganze Länge aus- und einzuschieben.

Eine weitere Möglichkeit auszuschließen, daß keine