DE3126159A1 - Druckbegrenzungsventil, insbesondere fuer hydraulische grubenstempel - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) - DIPL.-ING. W. EITLE · DR.RER. N AT. K.HOFFMANN . Dl PL.-I NG. W. LEHN

DIPL.-ING. K.FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 ■ D-8000 MÖNCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATH E)

k.

35 182 v/er

1. Központi Bänyäszati Fejlesztesi Intezet, Budapest

(Ungarn)

2. Magyar Aluminiumipari Tröszt, Budapest' (Ungarn)

3. Skotchinsky Institut Gornogo DeIa, Moskau (UdSSR)

Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Grubenstempel

Gegenstand der Erfindung ist ein Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Grubenstempel, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bekannt sind Druckbegrenzungsventile für hydraulische Grubenstempel, die einen in. der Betriebsstellung eine mit dem Hochdruckraum des Grubenstempels verbundene Eintrittsöffnung

und eine mit dem Niederdruckraum verbundene Austrittsöffnung aufweisenden Arbeitsraum, einen in diesem Arbeitsraum abgedichtet geführten, mit Ventilsitz versehenen beweglichen Teil sowie eine im abgeschlossenen Zustand des Ventils sich an den Ventilsitz anschließende Abschlußplatte, weiterhin eine die den beweglichen Teil an die Abschlußplatte drückende Feder und eine die Abschlußplatte abstützende Feder zweckdienlicherweise eine Gasfeder - besitzt.

Bei diesen bekannten Ventilen ist der Ventilsitz auf einer aus elastischem Kunststoff gefertigten Abschlußplatte abgestützt. Der Ventilsitz bildet einen ringförmigen Spalt, durch den die das zulässige Maß überschreitenden Druck aufweisende Arbeitsflüssigkeit aus dem Hochdruckraum in den Niederdruckraum des hydraulischen Grubenstempels entweicht, wenn sich der Ventilsitz unter Einwirkung der die eingestellte Schließkraft überschreitenden Öffnungskraft von der Abschlußplatte abhebt. Bei diesem bekannten Ventil wird der ringförmige Spalt des Ventilsitzes durch einen in die im beweglichen Teil vorgesehene Bohrung locker eingepaßten zylindrischen Stopfen gebildet. Ein Nachteil bei dieser Ausführung besteht darin, daß sich der zylindrische Stopfen in seitlicher Richtung bewegen kann, d.h. daß die Breite des ringförmigen Spaltes entlang des Umfanges nicht konstant ist. Im Bereich der breiteren Spaltabschnitte wirkt eine größere Kraft auf die aus elastischem Kunststoff gefertigte Abschlußplatte, die eine Schräglage annimmt, da sie sich lediglich auf ein als elastische "Glocke" ausgebildetes (den die Gasfeder bildenden Gasraum abgrenzendes) Dichtungselement abstützt. Infolge der Schräglage strömt an einem Abschnitt des ringförmigen Spaltes mit großer Geschwindigkeit und hohem Druck Arbeitsflüssigkeit heraus. Die ausströmende Arbeitsflüssigkeit setzt einen Teil der Abschlußplatte und der dahinter befindlichen "Glocke" einer starken Erosions*- wirkung aus und führt eine starke Abnutzung herbei;

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demzufolge verlieren diese Bauteile ihre Abschluß- bzw. Abdichtungsfähigkeit, und das Druckbegrenzungsventil wird funktionsuntüchtig.

Die Schräglage der Abschlußplatte ist gleichzeitig auch mit der ungünstigen Folge verbunden, daß das Ventil bereits nicht mehr bei dem eingestellten (gewünschten) Druckwert (Belastungswert) öffnet, d.h. daß es auch während der Zeitdauer seiner Betriebsfähigkeit nicht, zuverlässig arbeitet.

Ein weiterer Mangel bedeutet bei diesem bekannten Druckbegrenzungsventil der Umstand, daß ein infolge der vorgenannten Ursachen eintretendes Schadhaftwerden des die Abschlußplatte abstützenden "glockenförmigen" Dichtungselementes gleichzeitig auch das Schadhaftwerden der Gasfeder bedeutet, da Arbeitsflüssigkeit in den Gasraum gelangt, wodurch die Elastizität und Funktionstüchtigkeit teilweise oder voll eingebüßt wird. Diese Erscheinung kann hauptsächlich in dem Falle eintreten, in dem auf den Grubenstempel plötzlich ein sehr großer Gebirgsdruck einwirkt, da in diesem Falle durch den Spalt des Ventilsitzes innerhalb einer kurzen Zeit eine so große Menge an Arbeitsflüssigkeit ausströmt, daß diese durch die Austrittsöffnung nicht genügend schnell entweichen kann, weshalb sie dann durch das fehlerhafte Dichtungselement zum Teil in den Gasraum gelangt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Druckbegrenzungsventils, insbesondere für hydraulische Grubenstempel/ bei dem die Breite des ringförmigen Spaltes des Ventilsitzes entlang des ganzen Umfanges unter allen Umständen konstant bleibt, wodurch die Gefahr der von der ungleichmäßigen Belastung der Abschlußplatte herrührenden örtlichen Erosion beseitigt wird.

Weiterhin soll die Empfindlichkeit der Abschlußplatte gegen die aus der Arbeitsflüssigkeitsströmung resultierende Beanspruchung vermindert werden.

Darüber hinaus soll eine eventuelle Beschädigung der Gasfeder zufolge des bei dynamischer Belastung eintretenden Eindringens der Arbeitsflüssigkeit vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckbegrenzungsventil der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, daß der bewegliche Teil eine in geöffnetem Zustand des Ventils eine Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung ergebende Durchgangsöffnung, sowie einen in Richtung der Abschlußplatte zeigenden, mit einem einen Kreisguerschnitt aufweisenden Kopf versehenen Stützzapfen besitzt, der in die im beweglichen Teil vorgesehene Führungsbohrung mit Spielsitz eingesetzt, ist, der Ventilsitz als ringförmiger, axialer Flansch ausgebildet ist und der Kopf des StützZapfens im Inneren dieses Flansches konzentrisch angeordnet ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist die Abschlußplatte in ein als ein Freikolben ausgeführtes Tragelement eingesetzt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist an die der Abschlußplatte entgegengesetzte Seite des Tragelementes eine die Gasfeder bildenden Gasraum abschließendes Dichtungselement angeschlossen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt der bewegliche Teil ein Anschlagelement - zweckdienlicherweise einen ringförmigen Anschlagflansch - der in dem dem Lösedruck entsprechenden Zustand der den beweglichen Teil an die Abschlußplatte drückenden Feder auf dem Gegenanschlag aufliegt.

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Vorteilhaft ist es, wenn der bewegliche Teil in der Bohrung einer Führungshülse angeordnet ist und der Gegenanschlag durch eine in dieser Bohrung vorgesehene Schulter gebildet wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Tragelement eine sich vom Rand der Abschlußplatte in Richtung des beweglichen Teiles nach außen kegelig erweiternde Leitfläche besitzt.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Kopf des Stützzapfens in Richtung der Abschlußplatte sich kegelig erweiternd ausgeführt ist und seine abschlußplattenseitige Stirnseite plan ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt das die Abschlußplatte tragende Tragelement einen mit radialer Öffnung versehenen axialen Flansch, der im geschlossenen Zustand des Ventils - zweckmäßigerweise an der den beweglichen Teil aufnehmenden Führungshülse - zum Anschlag gebracht ist.

Schließlich kann es auch von Vorteil sein, wenn der bewegliche Teil mehrere axiale Durchgangsöffnungen besitzt, die zu der der Abschlußplatte· entgegengesetzten Seite des Stützzapfenkopfes, führen.

Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventil besteht darin, daß die Breite des .ringförmigen Spaltes seines Ventilsitzes entlang des ganzen Umfanges unter allen Umständen konstant ist, da diese durch den ringförmigen Flansch des Ventilsitzes und den einen Kreisquerschnitt aufweisenden und mit dem Flansch konzentrischen Kopf des Stützzapfens bestimmt wird.

Der Kopf des Stützzapfens lenkt gleichzeitig die durch die Durchtrittsöffnung des·Ventilsitzes ausströmende Arbeitsflüssigkeit in radiale Richtung und vermindert dadurch die

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dynamische Beanspruchung der Abschlußplatte, In diesem Sinne Wirken ebenfalls bei einzelnen vorteilhaften Ausführungsformen das die Abschlußplatte abstützende Tragelement sowie dessen sich nach außen kegelförmig erweiternde Leitfläche ebenfalls.

Bei einzelnen weiteren Ausführungsformen bedeutet auch der Umstand einen Vorteil, daß der die Gasfeder bildende Gasraum - zum Teil durch die Umlenkung der Arbeitsflüssigkeit in radialer Richtung, zum Teil durch die Verwendung des die Abschlußplatte tragenden Tragelementes - in erhöhtem Maße gegen ein bei dynamischer Belastung auftretendes Eindringen der Arbeitsflüssigkeit geschützt ist.

Bei einzelnen Ausführungsformen hingegen nimmt bis zum Eintreten des öffnens die Schließkraft laufend zu, wodurch die Zuverlässigkeit des Ventils erhöht wird.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand eines auf der beigelegten Skizze umrissenen Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Skizze zeigt einen Längsschnitt des Druckbegrenzungsventils.

Das dargestellte Druckbegrenzungsventil besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, das an seinem einen Ende mit einer axialen Eintrittsöffnung 15 und mit einem Außengewinde 14 versehen ist. Mittels des Gewindes 14 kann das Ventil an den Hochdruckraum des (nicht dargestellten) hydraulischen Grubenstempels angeschlossen werden, wobei die entsprechende Abdichtung durch einen Dichtring 9 gesichert wird, der in einer um die Eintrittsöffnung 15 herum ausgebildeten, umlaufenden Nut angeordnet ist.

In das andere Ende des Gehäuses 1 ist ein zylindrisches, stopfenförmiges Verschlußstück 2 eingeschraubt, dessen äußeres

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Ende mit einer axialen Bohrung 18 versehen ist. Das Verschlußstück 2 besitzt einen zylindrischen Gasraum 17, der mit einem Ende an die Bohrung 18 angeschlossen ist, während das andere Ende mittels eines "glockenförmigen" Dichtungselementes 13 abgeschlossen ist. Die zu dem Gasraum 17 gerichtete Seite des Dichtungselementes 13 ist becherförmig ausgebildet, während seine Außenfläche zylindrisch ausgeführt ist und auf der Innenwand des Verschlußstückes 2 aufliegt und die dem Gasraum 17 entgegengesetzt liegende Seite eine zur Längsachse senkrechte Planfläche aufweist. Im Gasraum 17 ist eine Spiralfeder 20 angeordnet, die sich einerseits auf einem die Bohrung 18 abschließenden und mit einem Dichtring 10 versehenen Ventilteller 19 und andererseits auf dem Dichtungselement 13 abstützt.

Auf der dem Gasraum 17 gegenüberliegenden Planseite des Dichtungselements 13 ist ein als Freikolben ausgebildetes Tragelement 8 abgestützt, dessen freie Seite eine aus elastischem Kunststoff gefertigte, planscheibenförmige Abschlußplatte 6 trägt. Um die Abschlußplatte 6 herum liegt eine sich nach außen kegelig erweiternde Leitfläche 26 des Tragelementes 8, an die sich, ein in Richtung der Eintrittsöffnung 15 des Ventils zeigender, axialer Flansch 27 anschließt. Der Flansch 27 ist mit radialen Öffnungen 28 versehen und an der einen Stirnseite einer in das zylindrische Gehäuse 1 eingesetzten' zylindrischen, stopfenförmigen Führungshülse 3 abgestützt. Das innere Ende des Verschlußstückes 2 ist ebenfalls auf dieser Führungshülse 3 abgestützt, wobei das aufliegende Ende mit radialen Durchbrüchen 29 versehen ist. Im gleichen Bereich sind an der Wand des Gehäuses 1 Austrittsöffnungen 30 vorgesehen.

Die Führungshülse 3 besitzt eine axiale Bohrung, in der ein mit einem Dichtring 12 abgedichteter zylindrischer beweglicher Teil 4 geführt wird. Die Führungshülse 3 ist ferner in bezug

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auf das Gehäuse 1 durch einen weiteren Dichtring 7 abgedichtet. Zwischen dem beweglichen Teil 4 und der Eintrittsöffnung

15 ist im Gehäuse 1 ein abgestufter, zylindrischer Arbeitsraum 16 ausgebildet, in dem eine den beweglichen Teil 4 in Richtung der Abschlußplatte 6 drückende Feder 11 angeordnet ist.

Der bewegliche Teil 4 hat axiale Durchtrittsöffnungen 21, die eine kommunizierende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum

16 und einem zu den Austrittsöffnungen 30 führenden Raum 23 sichern. Der bewegliche Teil 4 besitzt ferner eine zentrale axiale Führungsbohrung, in der mit Spielsitz ein Stützzapfen 5 geführt ist. Der Stützzapfen 5 hat einen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kopf 31, der sich in Richtung der Abschlußplatte 6 kegelig erweitert und dessen der Abschlußplatte 6 zuliegende Seite eine zur Längsachse senkrechte Ebene bildet.

Der bewegliche Teil 4 besitzt ein als ein im Arbeitsraum 16 radial ringsumlaufender Anschlagflansch ausgebildetes Anschlagelement 25, das von einem im geschlossenen Ruhezustand des Ventils in dem der Eintrittsöffnung 15 zuliegenden Ende der Führungshülse 3 als eine ringsherum laufende Innenschulter ausgeführten Gegenanschlag 32 in axialer Richtung in einem Abstand (K) angeordnet ist.

Die der Abschlußplatte 6 zuliegende Seite des beweglichen Teiles 4 bildet einen als ein ringförmiger Axialflansch 24 ausgebildeter Ventilsitz, der den Kopf 31 des Stützzapfens 5 konzentrisch umgibt. Zwischen dem Kopf 31 und dem Flansch 24 ist ein ringförmiger Spalt vorgesehen.

Das beschriebene Druckbegrenzungsventil arbeitet auf folgende Weise:

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Die durch den durch die Bohrung 18 mit neutralem Gas auf den gewünschten Druck entsprechend aufgefüllten Gasraum gebildete Gasfeder drückt die durch das Tragelement 8 getragene Abschlußplatte 6 an den ringsherum verlaufenden axialen Flansch 24 des beweglichen Teils 4, jedoch nur soweit, bis der Flansch 27 des Tragelementes 8 auf der Stirnseite der Führungshülse 3 aufliegt. Auf diese Weise belastet die Gasfeder in dem unbelasteten Zustand des Ventils die Abschlußplatte 6. Die Kraft, mit der der Flansch 24 die Abschlußplatte 6 anpreßt, wird in unbelastetem Zustand des Ventils ausschließlich durch die Feder 11 bestimmt.

Die ebene Seite des Kopfes 31 des Stützzapfens 5 liegt in dieser Stellung eben auf der Abschlußplatte 6 auf. Der ringförmige Spalt zwischen dem Kopf 31 und dem Flansch 24 des beweglichen Teiles 4 wird durch die elastische Abschlußplatte 6 abgeschlossen, so daß der Hochdruckarbeitsraum 16 durch die Durchgangsöffnungen 21 und den Raum 23, durch die öffnungen 28 und die Durchbrüche 29 mit der Austrittsöffnung 30 nicht kommunizieren kann. In diesem Zustand besteht zwischen dem Anschlagelement 25 des beweglichen Teiles 4 und dem Gegenanschlag 32 der Führungshülse 3 in axialer Richtung der Abstand (K). Wenn durch die Eintrittsöffnung 15 zufolge des langsamen Durckanstieges Arbeitsflüssigkeiten in den Arbeitsraum 16 strömen,bewegt sich der bewegliche Teil 4 allmählich in Richtung des Gasraumes 17 und der Flansch 27 des Tragelementes 8 entfernt sich von der Stirnseite der Führungshülse 3. Von diesem Zeitpunkt an erhöht sich mit Zunahme des Druckes der Arbeitsflüssigkeit die zwischen der Abschlußplatte 6 und dem Flansch 24 wirkende Schließkraft, da sich das Volumen des Gasraumes vermindert und das Tragelement 8 nicht mehr aufliegt.

Sobald unter der Einwirkung des steigenden Druckes das Anschlagelement 25 auf dem Gegenanschlag 32 aufschlägt, d.h.

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der Abstand K sich auf O vermindert, entfernt sich die Abschlußplatte 6 vom Flansch 24 und die Arbeitsflüssigkeit strömt aus dem Arbeitsraum 16 durch die Durchgangsoffnungen 21, den Raum 23, den Spalt zwischen dem Kopf 31 und dem Flansch 24 sowie der Abschlußplatte 6 und dem Flansch sowie durch die öffnungen 28, die Durchbrüche 29 und die Austrittsöffnungen 31.

Bei einem plötzlichen (dynamischen) Anstieg des Druckes der Arbeitsflüssigkeit verändert sich die Arbeitsweise des Ventils dahingehend, daß der mit dem kegeligen Kopf 31 versehene Stützzapfen 5 aus dem Raum 23 herausgestoßen wird, mit seiner Planfläche in schonender Weise die Abschlußplatte 6 entfernt, gleichzeitig jedoch mit seiner kegeligen Fläche die mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit strömende Arbeitsflüssigkeit von der Abschlußplatte 6 in radialer Richtung ablenkt. Die Arbeitsflüssigkeit wird dürqh die kegelige Umleitfläche 26 des Tragelements 8 in Richtung der Öffnung 28 weitergeleitet und entweicht durch diese in Richtung des Durchbruches 29 und der Austrittsöffnungen 30. Auf diese .Weise wird die Abschlußplatte von der durch die dynamische Belastung hervorgerufenen Erosionswirkung befreit und die unter hohem Druck stehende Arbeitsflüssigkeit dringt auch in den Gasraum 17 nicht mehr ein.

Leerseite

Claims (9)

HOFFkANN -EITLE & PARTNER J PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-1 NG.W. EITLE · DR. RER. N AT.K. HOFFMANN . Dl PL.-I NG. W. LEH N Dl PL.-I NG. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 .· D-8000 M O N C H EN 81 . TELE FON (08?) 911087 · TELEX 05-29419 (PATH E) 35 182 v/er

1. Központi Bänyäszati Fejlesztesi Intezet, Budapest (Ungarn)

2. Magyar Aluminiumipari Tröszt, Budapest (Ungarn)

3. Skotchinsky Institut Gornogo DeIa, Moskau (UdSSR)

Druckbegrenzungsventil, insbesondere für hydraulische Grubenstempel

Patentansprüche

1/ Druckbegrenzungsventil,, insbesondere für hydraulische Grubenstempel, das einen in der Betriebsstellung des Ventils eine mit dem Hochdruckraum verbundene Eintrittsöffnung und eine mit dem Niederdruckraum verbundene Austrittsöffnung aufweisenden Arbeitsraum, einen in diesem Arbeitsraum abgedichtet geführten, mit einem Ventilsitz versehenen beweglichen Teil, sowie eine in geschlossenem Zustand des Ventils sich an den Ventilsitz anschließende Abschlußplatte, weiterhin eine den beweglichen Teil an die Abschlußplatte drückende Feder und - gegebenenfalls - eine die Abschlußplatte abstützende Feder - zweckdienlicherweise Gasfeder- umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß der bewegliche Teil (4) eine in geöffnetem Zustand des Ventils eine Verbindung zwischen der Eintrittsöffnung (15) und der Austrittsöffnung (30) ergebende Durchgangsöffnung (21), sowie einen in Richtung der Abschlußplatte (6) zeigenden, mit einem einen Kreisquerschnitt

mm Ο —

aufweisenden Kopf (31) versehenen Stützzapfen (5) besitzt, der in die im beweglichen Teil (4) vorgesehene Führungsbohrung mit Spielsitz eingesetzt ist, der Ventilsitz als ringförmiger, axialer Flansch (24) ausgebildet ist und der Kopf (31) des Stützzapfens (5) im Inneren dieses Flansches (24) konzentrisch angeordnet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte (6) in ein als Freikolben ausgeführtes Tragelement (8) eingesetzt ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die der Abschlußplatte (6) gegenüberliegende Seite des Tragelements (8) ein den die Gasfeder bildenden Gasraum (17) abschließendes Dichtungselement (13) angeschlossen ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (4) ein Anschlagelement (25) - zweckdienlicherweise einen ringförmigen Anschlagflansch besitzt, der in dem dem Lösedruck entsprechenden Zustand auf einem Gegenanschlag (32) aufliegt.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (4) in der Bohrung einer Führungshülse (3) angeordnet ist und daß der Gegenanschlag (32) durch eine in dieser Bohrung vorgesehene Schulter gebildet wird.

6. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (8) eine sich vom Rand der Abschlußplatte (6) in Richtung des beweglichen Teils (4) nach außen kegelig erweiternde Leitfläche (26) besitzt.

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (31) des Stützzapfens (5) in Richtung der Abschlußplatte (6) sich kegelig erweiternd ausgeführt ist und seine der Abschlußplatte (6) zuliegende Stirnseite plan ist.

8. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Abschlußplatte (6) tragende Tragelement (8) einen mit radialer Öffnung (28) versehenen, axialen Flansch (27) besitzt, der in geschlossenem Zustand des Ventils - zweckdienlicherweise an der den beweglichen Teil

(4) aufnehmenden Führungshülse (3) - zum Anschlag gebracht ist.

9. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (4) mehrere axiale Durchgangsöffnungen (21) besitzt, die zu der der Abschlußplatte (6) entgegengesetzten Seite des Kopfes (31) des Stützzapfens

(5) führen.