DE2803283C2 - Überdruckventil für hydraulische Grubenstempel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-GM 19 45 206).

Die das Gebirge im untertägigen Bergbau abstützenden hydraulischen Stempel müssen gegen das Auftreten von unzulässig großem Innendruck geschützt werden, der unter der Wirkung der Gebirgslast auftreten kann. Zu diesem Zweck ist der Arbeitsraum eines Stempels mit einem Überdruckventil verbunden, das beim Erreichen eines vorgegebenen Druckes eine kleine Enügstungsöffnung freigibt, die nach Verminderung des Druckes im Stempel wieder geschlossen wird.

An die Zuverlässigkeit eines solchen Überdruckventils werden hohe Anforderungen gestellt Die Empfindlichkeit für Druckveränderungen soll groß sein, damit

ίο das Überdruckventil zuverlässig bei einem vorgegebenen Druck anspricht Die Empfindlichkeit gegenüber den im untertägigen Bergbau unvermeidlich rauhen Betriebsbedingungen soll dagegen gering sein, damit das Überdruckventil störungsfrei arbeiten kann. Die Überdruckpatrone muß vor allem für Öl-Wasser-Emulsionen beim Drücken im Bereich von 500 bar geeignet sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Funktionssicherheit -eines als Überdruckpatrone ausgebildeten Überdruckventils für Öl-Wasser-Emulsionen der eingangs bezeichneten Gattung so zu verbessern, daß nicht nur die Lebensdauer erhöht wird, sondern auch die Ansprechgenauigkeit über die Zeit nicht leidet Diese Aufgabe löst die Lehre nach Anspruch 1. Die

bisher vernachlässigte Oberflächenbehandlung der Außenfläche des Kolbenschiebers führt durch die Wahl bestimmter Rauhtiefen zu verminderter Erosion und zu einer präziseren Arbeitsweise. Die Materialwahl beim O-Ring bestimmt dessen unverändertes Verhalten innerhalb der Arbeitsflüssigkeit, deren wesentlicher Bestandteil Wasser mit unkontrollierten Säuren und sonstigen Einschlüssen ist. Die Gummielastizität und die Shore-Härte soll es dem O-Ring gerade noch erlauben, die entsprechenden Verformungen aufzubringen, andererseits aber verhindern, daß die Walkbarkeit insbesondere im Bereich der radialen Bohrungen zu seiner Zerstörung führt.

Auch ist es von entscheidender Bedeutung, daß der Innendurchmesser des O-Ringes 15, jeweils natürlich unter Berücksichtigung des größten Toleranzmaßes, gleich oder nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des IColbenschiebers, natürlich bei dem kleinsten Toleranzmaß. Diese vorerwähnten Merkmale bilden gemeinsam eine Merkmalskombination, die so geartet ist, daß jedes einzelne Merkmal großen Einfluß auf die Funktion des anderen Merkmals hat.

Das Merkmal des Anspruchs 2 verhindert eine Beschädigung des O-Ringes, der immer dann schon schnell seine Aufgabe nicht mehr erfüllen kann, wenn seine Oberfläche durch die Berührungsarbeit im Bereich der radialen Abströmbohrungen auch nur geringfügige Beschädigungen oder Abriebe aufweist.

Das Merkmal des Anspruchs 3 hat eine große Bedeutung, weil der Ringspalt, der hinter dem O-Ring in Abströmrichtung liegt, eine gewisse Drosselwirkung haben soll, ohne die eine richtige Verformung des O-Ringes durch den anstehenden Druck nicht erfolgen kann. Auf der anderen Seite muß jedoch sichergestellt sein, daß der Ringspalt ausreichend große Flüssigkeitsmengen in der Zeiteinheit durchströmen lassen kann, ohne daß die Durchströmgeschwindigkeit Grenzwerte übersteigt.

Der Anspruch 4 setzt die Länge des Ringspaltes bei geschlossenem Ventil in ein bestimmtes Verhältnis zum Schnurdurchmesser des O-Rings voraus. Diese Lehre muß wenigstens in etwa eingehalten werden, um den zu Anspruch 3 erwähnten Staudruck sicher aufrechtzuerhalten und auch nicht zu groß werden zu lassen.

Die Merkmale des Anspruchs 5 sorgen nun dafür, daß die auf den Kolbenschieber wirkenden Kräfte keine Dia-

stischen Verformungen im Bereich des Ringspaltes und im Bereich der O-Ringnut bewirken können. Der oberhalb der O-Ringnut verbleibende Materialsaeg hat nur geringe Stärke und könnte sich sonst bei den hohen Druckkräften, die vom Kopf des Kolbenschiebers übertragen werden, verbiegen. Ein solches Verbiegen aber würde schlagartig den Drosselwiderstand stark erhöhen, die Verformbarkeit des O-Rings innerhalb seiner Ringnut vermindern und somit zu erheblichen Funktionsstörungen führen.

Der Anspruch 6 ergänzt den Anspruch 5. Insgesamt ist durch die Erfindung eine Kolben-O-Ringpatrone geschaffen, die den Anforderungen der Praxis genügt und bei Beachtung der Lehre nach der Erfindung früher nicht für möglich gehaltene Standzeiten bei gleichbleibender Leistung erbringt Von der zuverlässigen Funktion der Überdruckpatrone hängt die Sicherheit der Grubenräume im untertägige.i Bergbau und die der dort beschäftigten Personen in entscheidendem Maße ab, so daß verständlicherweise die Anforderungen an derartige Ventile stetig gestiegen sind.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Überdruckventil im Längsschnitt und

F i g. 2 eine Einzelheit in vergrößerter Darstellung. Das allgemein mit 1 bezeichnete Überdruckventil weist ein Gehäuse 2 auf, das längs der Mittelachse von einer Seite her aufgebohrt ist. In diese Aufbohrung 3 ist im Bereich des offenen Endes ein Innengewinde eingeschnitten, mittels dem in die Aufbohrung 3 ein Führungsteil 4 eingeschraubt ist, dessen Außenfläche ein entsprechendes Gewinde aufweist Vor der die Aufbohrung 3 abschließenden Stirnfläche des Führungsteils 4 ist in der Aufbohrung 3 ein Federteller 5 längsbeweglich, der mittels einer Druckfeder 6 in Richtung auf das Führungsteil 4 gedrückt wird. Das Führungsteil 4 weist eine zentrische und längs gerichtete Bohrung auf, die eine Führungsfläche 7 für einen darin verschieblichen Kolbenschieber 8 bildet. Dieser weist an seinem in die Aufbohrung 3 hineinragenden Ende einen halbrundförm igen Kopf 9 auf, der in eine entsprechend halbrundförmige Aussparung im Federteller 5 einfaßt. Von dem dem Kopf 9 gegenüberliegenden Ende her ist der Kolbenschieber 8 mit einer zentrischen und längs gerichteten Blindbohrung Il versehen, von der in der Nähe des Kopfes 9 zwei radiale, sich gegenüberliegende Abströmbohrungen 12 ausgehen. Zur zylindrischen Außenfläche 13 des Kolbenschiebers 8 hin sind die Abströmbohrungen 12 konisch erweitert. Zwischen den Abströmbohrungen 12 und dem Kopf 9 ist in der Führungsfläche 7 eine Ringnut 14 eingearbeitet, die einen O-Ring 15 aufnimmt. Die Länge a eines Ringspaltes vom Ende der Ringnut 14 bis zu der Auflagefläche 16 ist gleich oder kleiner als der Schnurdurchmesser b des O-Rings 15. Die zylindrische Führungsfläche 7 läuft divergierend in die Auflagefläche 16 aus, wodurch die Strömung durch das Überdruckventil 1 günstig beeinflußt wird. Die Auflagefläche 16 ist so ausgelegt, daß die resultierende Federkraft 17 außerhalb des mittleren Durchmessers c der Ringnut 14 an der Auflagefläche 16 angreift. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser d der Auflagefläche 16, der dem Durchmesser des Kopfes 9 entspricht, größer als der Außendurchmesser e der Ringnut 14. Die zylindrische Außenfläche 13 des Kolbenschiebers 8 ist feingeschliffen und weist eine Rauhtiefe von unter 1 μιη auf. Die Übergänge von den zylindrischen Bohrungsflächen der

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40 Abströmbohrungen 12 zu der zylindrischen Außenfläche 13 weisen ebenfalls eine Rauhtiefe von unter 1 μιη auf und sied vorzugsweise sanft ausgebildet und poliert Als bester Werkstoff für den O-Ring 15 ist in Versuchen ein hydrolysefester, hochabriebfester und florierter Kautschuk mit einer Shore-Härte von ca. 90 Shore A und einer Gummielastizität von ca. 20% ermittelt worden.

Die Funktion des Überdruckventils 1 ist folgende:
Das Überdruckventil 1 faßt dichtend mit dem zylindrischen Ansatz 18 in ein mit dem Arbeitsraum eines hydraulischen Grubenstempels in Verbindung stehenden nicht dargestellten Gehäuse ein und ist mittels des Außengewindes am Führungsteil 4 darin verschraubi. Der Arbeitsdruck pflanzt sich in Strömungsrichtung (Pfeil 19) in das Überdruckventil fort Übersteigt der Arbeitsdruck einen vorgegebenen Wert dann wird der Kolbenschieber 8 entgegen der Kraft der Druckfeder 6 in Strömungsrichtung 19 verschoben, wobei die Abströmbohrungen 12 in den Bereich des O-Rings 15 bzw. in den in Strömungsrichtung 19 dahintergelegenen Endbereich der zylindrischen Führungsfläche 7 gelangen. Dabei kann eine gewisse Menge Emulsion abspritzen, die durch die Abflußbohrung 21 abfließt. Senkt sich der Druck wieder unter den vorgegebenen Wert dann drückt die Druckfeder 6 den Kolbenschieber 8 wieder in die dargestellte Schließstellung, in der der Durchgang durch das Überdruckventil geschlossen ist Der vorgegebene Wert, bei dem das Überdruckventil ansprechen soll, ist einstellbar. Dies erfolgt durch Veränderung der Kraft der Druckfeder 6, die durch ein mehr oder weniger weites Aufschrauben des Gehäuses 2 auf das Führungsteil 4 verändert werden kann. Die Arretierung des Gehäuses 2 auf dem Führungsteil 4 wird durch einen Spannstift 22 gewährleistet, der in der Abflußbohrung 21 steckt.

Das Überdruckventil ist als Überdruckpatrone leicht auszuwechseln und praktisch zu handhaben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Oberdruckventil für hydraulische Grubenstempel mit einem Druckbereich von 200 bis 600 bar für öl-Wasser-Emulsion als Druckflüssigkeit in Form einer auswechselbaren Oberdruckpatrone mit einem unter Federkraft in seiner Ausgangslage gehaltenen Kolbenschieber, der eine axiale von der Zufuhrseite ausgehende Blindbohrung aufweist, von der radial zu seinem zylindrischen Umfang Abströmbohrungen ausgehen, die in konische Erweiterungen zum Umfang hin auslaufen bzw. deren Bohrungsränder gebrochen sind, und einem in Strömungsrichtung hinter den radialen Abströmbohrungen in einer Ringnut der zylindrischen Führungsfläche für diesen Kolbenschieber angeordneten O-Ring, der den Kolbenschieber dichtend umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenfläche (13) des Kolbenschiebers (8) eine Rauhtiefe bis etwa 1 μηι aufweist, der O-Ring (15) aus einem hydrolysefesten, hochabriebfesten und florierten Kautschuk mit einer Shore-Härte von ca. 90 Shore A und einer Gummielastizität von ca. 20% besteht, der Schnurdurchmesser (b) des O-Ringes (15) wenigstens doppelt so groß ist wie der Durchmesser (f)der radialen Abströmbohrungen (12) des Kolbenschiebers (8) und der Innendurchmesser des O-Ringes (15) nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenschiebers (8).

2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge von den zylindrischen Bohrungsflächen der radialen Abströmbohrungen (12) zu der zylindrischen Außenfläche (13) des Kolbenschiebers (8) bei einer Rauhtiefe bis etwa 1 μίτι sanft und poliert sind.

3. Überdruckventil nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite des Ringspaltes zwischen dem Kolbenschieber (8) und der zylindrischen Führungsfläche (7) in dem in Strömungsrichtung (19) hinter dem O-Ring liegenden Bereich (15) in etwa 0,03 bis 0,04 mm beträgt.

4. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (a) eines Ringspaltes vom Ende der Ringnut (14) bis zu der Auflagefläche (16) nicht wesentlich größer ist, als der Schnurdurchmesser (b)des O-Ringes (15).

5. Überdruckventil nach Anspruch 1 oder einem der vorliegenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Federkraft (17) außerhalb des mittleren Durchmessers (c) der Ringnut (14) an der Auflagefläche (16) für den Kopf (9) des Kolbenschiebers (8) angreift.

6. Überdruckventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (d) der Auflagefläche (16) für den Kopf (9) des Kolbenschiebers (8) größer ist als der Durchmesser (e) der Ringnut (14).