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Vorrichtung zur Erhöhung des Drucks in einem
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geschlossenen Hydrauliksystem Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Erhöhung des Drucks in einem geschlossenen Hydrauliksystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die holmen Anforderungen an die Sicherheit insbesondere des untertägi£en
Grubenbetriebs machen es wünschenswert, daß die zum Beispiel in einem hydraulikkreislauf
für Ausbaurahmen eingefügten Pumpen jederzeit in einem ausreichenden Umfang mit
der. in der lte el durch eine schwer entflammbare Flüssigkeit gebildeten Arbeitsfluid
gefüllt sind. Diese Bedingung kann jedoch wegen der nicht zu vermeidenden Leckstellen
im Hydrauliksystem unter Verwendung der bislang bekannt gewordenen Druckerhöhungseinrichtungen
nicht immer erfüllt werden. Auch treten wegen der im Gegensatz zu Mineralöl niedrigen
Dampfdrücke im Fluid Kavitationserscheinungen in der Saugleitung und im Ansaugkanal
einer Pumpe während des Ansaugvorgangs auf. Eine weitere negative Erscheinung ist
die Schaumbildung des Fluids und die Luft anlagerung sowie die Verdampfung des Wasseranteils.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Vordruck
in einem geschlossenen Hydrauliksystem der vorausgesetzten Gattung zu schaffen,
wodurch weitgehend Kavitation und Blasenbildung im Fluid vermieden wird, wobei das
System insbesondere bergbaugerecht ausgebildet sein und auch ohne regelmäßige Wartung
funktionssicher arbeiten soll.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Das ständig das Expansionsglid belastende, begrenzt kompressible
Druckmittel bewirkt, daß das im geschlossenen Hydrauliksystem befindliche Fluid
immer auf einen Druck vorgespannt wird, der den Atmosphärendruck geringfügig, zum
Beispiel um 0,5 bar, übersteigt. Eine solche Druckvorspannung stellt sicher, daß
eine ausreichende Befüllung der im Hydrauliksystem eingesetzten Pumpen mit dem Arbeitsfluid
jederzeit gewährleistet ist.
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Eine schädliche Blasenbildung wird vermieden und demzufolge auch Kavitationserscheinungen
in der Saugleitung und im Ansaugkanal einer Pumpe. Schließlich wird erreicht, daß
die bislang ebenfalls negativ in Erscheinung tretende Schaumbildung des Arbeitsfluids
ebenfalls durch die Vorspannung ausgeschlossen ist. Die ständige Belastung des Expansionsglieds
durch ein begrenzt kompressibles Druckmittel stellt auch ohne besondere Wartung
über einen längeren Betriebs zeitraum hinweg die Aufrechterhaltung des notwendigen
Vorspanndrucks sicher. Ferner verhindert das geschlossene System die Verdampfung
des Wasseranteils in durch Wasserglykolmischungen gebildeten Fluiden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Expansionsglied
durch einen druckluftbeaufschlagten Kolben gebildet, der in einem Bestandteil des
Hydraulikkreislaufs bildenden Behälter zwangsgeführt ist. Die Verwendung von Druckluft
als begrenzt kompressibles Druckmittel bietet sich insbesondere im Untertagebetrieb
deshalb an, weil das dort stets vorhandene Versorgungsnetz an beliebigen Stellen
angezapft werden kann.
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Der Druckbehälter kann vergleichsweise einfach und wenig kostenaufwendig
hergestellt
werden, da der gewünschte Vorspanndruck ini hydraulikkreislauf nur geringfügig über
den Atmosphärendruck erhöht werden muß, um die gewünschten Verhältnisse im Hydrauliksystem
herzustellen. Er kann deshalb ohne weiteres transportabel ausgebildet sein und folglich
überall dorthin verlagert werden, wo die Erzeugung eines Vorspanndrucks in einem
geschlossenen Hydrauliksystem sinnvoll beziehungsweise zur Aufrechterhaltung bestimmter
Funktionen zweckmäßig erscheint. Auch die abgedichtete Zwangsführung des Kolbens
im Behälter führt zu keinen besonderen Problemen, da die Dichtungen zwischen dem
Druckbehälter und der Atmosphäre keinen großen Druckdifferenzen ausgesetzt sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Kolben durch ein
ein die Druckluftzuleiung bildendes Führungsrohr dichtend umschließendes Zentralrohr
in eine kreisringförmige Außenkammer und eine mit dieser druckluftleitend verbundene
zylindrische Innenkammer unterteilt. Die Außenkammer ist hierbei im Volumen unveränderlich,
während die Innenkammer je nach Relativstellung des Kolbens zum Führungsrohr ihr
Volumen verkleinert oder vergrößert. Der im Druckbehälter und damit im angeschlossenen
hydrauliksystem durch den Kolben erzeugte Vorspanndruck ist vom Druck der Arbeitsluft
und vom Verhältnis der wirksamen Arbeitsflächen am Kolben abhängig. Die Arbeitsfläche
für die Druckluft wird durch den Außendurchmesser des Zentralrohrs bestimmt, wobei
die Außenkammer des Kolbens druckausgeglichen ist.
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Für die Arbeitsfläche des Fluiddrucks ist hingegen der Außendurchrnesser
des Kolbens maßgebend.
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Von Vorteil ist es nacn der Erfindung ferner, daß das weitgenend
zentrisch in den Behälter hineinragende Führungsrohr in einer Stirnwand des behalters
gelagert und im Bereich dieser
Stirnwand uber ein Autoinatikventil
an eine Druckluftquelle angesenlossen ist. Das Qutomatikventil gleicht eventuelle
Druckluftverluste irxi Kolben selbsttatiC aus. Die Zuordnung des Sührungsronrs zu
einer Stirnwand des Behälters ermöglicht eine leichte intage und Demontage bei eventuellen
Wartungsarbeiten.
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Der Behälter braucht mithin nur diese eine lösbare Stirnwand aufzuweisen.
Die gegenüberliegende Stirnwand kann durch Schweißung mit dem Behältermantel fest
verbunden sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kolben
außenseitig in einem medial von der Behälterinnenwand vorstehenden Ringkragen dichtend
geführt, welcher zugleich den Behälter in einen in den Hydraulikkreislauf eingegliederten
Vordruckraum und in einen Vorratsraum für das Arbeitsfluid unterteilt. Der Behälter
weist somit neben der Funktion als Druckerhöhungskanmer durch den Vorratsraum eine
weitere Funktion auf.
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Es kann bei Bedarf, zum Beispiel bei Leckagen, Fluid aus diesem Vorratsraum
in das Hydrauliksystem eingespeist werden, um den Verlust an Fluid auszugleichen.
Hierbei ist jedoch stets sichergestellt, daß durch die auf den Kolben einwirkende
Druckluft das im Vordruckraum anstehende Fluid ständig unter dem gewünschten Vorspanndruck
gehalten wird.
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Damit das Fluid aus dem Vorratsraum in das Hydrauliksystem gefördert
werden kann, ist nach der Erfindung vorgesehen, daß zwischen dem Vorratsraum und
dem Hydraulikkreislauf eine Pumpe eingegliedert ist. Zweckmäßig ist die Pumpe direkt
am Behälter befestigt. Die Pumpe kann motorisch oder von Hand betrieben sein.
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Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang darüber hinaus, daß in
den beiden Endstellungen des Kolbens die Pumpe aktivierbar beziehungsweise inaktivierbar
ist. Hat beispielsweise der Kolben durch allmähliche Fluidverluste innerhalb des
geschlossenen
Hydrauliksystems seine äußere Endstellung erreicht,
so kann beispielsweise durch ein Endschaltglied ein Signal an einen Antriebsmotor
für die Pumpe gegeben werden, der diese in Betrieb setzt. Durch das aus dem Vorratsraum
heraus in das geschlossene Hydrauliksystem hineingeförderte Arbeitsfluid wird der
Kolben dann wieder in die Ausgangsstellung zurückgedrückt, wo, beispielsweise wiederum
über ein entsprechendes Endschaltglied, ein weiteres Signal an den Motor der Pumpe
ausgelöst wird, wodurch der Motor stillgesetzt und die weitere Förderung von Arbeitsfluid
durch die Pumpe unterbunden wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Stellung
des Kolbens im Vordruckraum optisch zu überwachen und durch manuelle Betätigung
der Pumpe das Arbeitsfluid aus dem Vorratsraum in den Hydraulikkreislauf einzuspeisen.
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Ein von Zeit zu Zeit notwendiges Nachfüllen des Vorratsraums wird
zweckmäßig über einen Einfüllfilter durchgeführt, der im Eintrittsstutzen des Vorratsraums
angeordnet und während des Betriebs der Druckerhöhungsvorrichtung verschlossen ist.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Der gezeigte Behälter 1 ist beispielsweise in den geschlossenen Hydraulkkreislauf
für die Ausbaurahmen eines untertägigen Abbaustrebs eingegliedert. Die Ausbaurahmen
und der Abbaustreb sind nicht näher veranschaulicht. Die Anschlüsse an das Hydrauliksystem
sind mit 2 und 3 bezeichnet.
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Der im Querschnitt beispielsweise weitgehend quadratisch gestaltete
Behälter 1 ist nur an einer Stirnwand mit einem lösbaren Deckel 4 versehen. Die
andere Stirnwand 5 ist durch Schweißen geschlossen. Der Deckel bildet zugleich den
Träger eines koaxial zur Längsachse des Behälters in diesen hineinragenden Führungsrohrs
6. Die Länge des Führungsrohrs ist etwas mehr als die halbe Länge des Behälters
bemessen. An das Führungsrohr ist
außenseitig des Deckels ein Automatikventil
7 angeschlossen, über das das Führunsrohr an das Druckluftversorgungsnetz 8 des
Untertagebetriebs angeschlossen ist.
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Auf dem Führungsrohr 6 ist ein Kolben 9 längsverschieblich und dichtend
angeordnet. Der Kolben besitzt ein Zentralrohr 10, das mit einer vergleichsweise
kurzen Gleitfläche 11 mit eingegliedert er Dichtung 12 das Führungsrohr umschließt
und ein im Abstand zum Zentralrohr konzentrisch angeordnetes Außenrohr 13, das in
einem Ringkragen 14 dichtend und länverschieblich geführt ist, der von der Behälterinnenwand
15 radial vorsteht.
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Der Ringkragen befindet sich etwa im mittleren Lä.ngenbereich des
Behälters 1. Die Dichtung zwischen Außenrohr und Ringkragen ist mit 16 bezeichnet.
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Durch das Zentralrohr 10 und das Außenrohr 13 werden eine zylindrische
Innenkammer 17 und eine kreisringförmige AuRenkammer 18 im Kolben 9 gebildet, die
durch eine Radialbohrung 19 im Zentralrohr miteinander druckluftleitend verbunden
sind. Die Außenkammer ist endseitig durch die Stirnwände 20 und 21 und die Innenkammer
ist stirnseitig durch die Wand 22 verschlossen.
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Der Ringkragen 14 unterteilt den Behälter 1 in einen Vorratsraum
23 für das Arbeitsfluid und in einen Vordruckraum 24, der über die Anschlüsse 2
und 3 in das Hydrauliksystem der Ausbaurahmen eingegliedert ist.
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Der über die Leitung 8, das Automatikventil 7 und das Führungsrohr
6 im Kolben 9 anstehende Druck der Luft bewirkt, daß das in dem Vordruckraum 24
befindliche Arbeitsfluid auf einen niedrigen Druck von beispielsweise 1,5 bar vorgespannt
wird.
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Der Vorspanndruck ist vom Druckluftdruck und dem Verhältnis der wirksamen
Arbeitsflächen am Kolben abhängig. Die ArbeitsSläche
für den Druckluftdruck
ist hierbei durch den Außendurchmesser des Zentralrohrs 10 bestimmt, während die
Außenkammer 18 des Kolbens druckausgeglichen ist. Für die Arbeitsfläche des Fluiddrucks
ist der Außendurchmesser des Außenrohrs 13 maßgebend.
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Hat der Kolben 9 durch allmhliche FlUssigkeitsverluste innerhalb
des geschlossenen Fluidkreislaufs seine rechte Endstellung erreicht, so wird durch
Kontakt mit einem Endschaltglied 25 über eine Steuerleitung 26 eine auf dem Behälter
1 befindliche Pumpe 27 aktiviert, durch die zur VolumenergSnzung Arbeitsfluid aus
dem Vorratsraum 23 in den Hydraulikkreislauf gedrückt wird. Mit 28 ist hierbei die
Saugleitung und mit 29 die Druckleitung bezeichnet. Durch die Einspeisung von zusätzlichem
Arbeitsfluid in den Hydraulikkreislauf wird der Kolben wieder in die Ausgangsstellung
zurückgedrückt, wobei er durch Kontakt mit einem Endschaltglied 30 über eine Steuerleitung
31 Sorge dafür trägt, daß die Pumpe wieder abgeschaltet wird.
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Zum Nachfüllen des Vorratsraums 23 ist im Einfüllstutzen 32 ein Einfllfilter
33 vorgesehen.
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Die Dichtung zwischen dem Deckel 4 und dem Behälter 1 ist mit 34
und die Dichtung zwischen dem Führungsrohr 6 und dem Deckel ist mit 35 bezeichnet.
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