DE3546557C2 - Pressure relief valve - Google Patents
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- F16K3/00—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
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Description
Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für
den hydraulischen Ausbau im untertägigen Berg- und Tunnelbau,
mit einem die Ventilfeder aufnehmenden Ventilgehäuse, das
eine Austrittsbohrung für das Druckmedium aufweist und durch
einen Deckel verschlossen ist, mit einer gegenüberliegenden
Führung zum Anschluß an die Zuleitung, wobei in der Führung
eine in den Federraum führende Kolbenbohrung ausgebildet
ist, in welcher bei Beaufschlagung durch Druckmediumspitzen
ein eine O-Ring-Dichtung gegen die Federkraft der Ventil
feder überfahrender Ventilkolben angeordnet ist.
Derartige Druckbegrenzungsventile werden dort einge
setzt, wo durch auftretende Überlastung eine Beschädigung
des Systems, insbesondere in Form von Hydraulikstempeln,
zu befürchten ist. Im untertägigen Berg- und Tunnelbau werden
im Strebbau zum Offenhalten des für die Fahrung, Wetter
führung und Förderung benötigten Strebraums hydraulische
Einzelstempel sowie Ausbaugestelle, vorzugsweise in Form
von Schildausbau eingesetzt. Diese und andere Hydraulik
systeme müssen nach den von der Bergbauaufsicht vorgegebenen
Vorschriften durch Druckbegrenzungsventile geschützt werden.
Gefährdungen treten im untertägigen Bergbau insbesondere
durch Gebirgsschläge sowie plötzliche Senkungen des Hangenden
auf. Die plötzlichen Schläge können die einzelnen Stempel
oder das gesamte System so überlasten, daß eine bleibende
Beschädigung oder gar Zerstörung eintritt. Daher werden
an die Druckbegrenzungsventile, die für ein rasches
Abspritzen der Druckflüssigkeit bis zur Normalisierung des
Druckes im Stempel sorgen, sehr hohe Forderungen gestellt.
Aus der DE-OS 33 14 837 sowie der DE-GM 82 16 072
ist ein Druckbegrenzungsventil bekannt, bei dem in einem
Ventilgehäuse ein verschieblich angeordneter Ventilkolben
über eine Feder mit einer sogenannten flachen Kennlinie
belastet ist. Diese Feder wird dort als weiche Feder
bezeichnet, ohne daß weitere zur Auslegung notwendige Angaben
gemacht werden. Die im Ventilkolben vorgesehene Axialbohrung
endet etwa in Höhe der Radialbohrung als Sackloch, wobei
in der Schließstellung die Radialbohrungen des Ventilkolbens
über einen O-Ring von den Austrittsöffnungen des Ventilge
häuses getrennt sind. Der O-Ring ist in eine Ringnut einge
lassen und so ausgebildet, daß er die notwendige Dichtung
gewährleistet. Beim Ansprechen des Ventils wird der Ventil
kolben über den O-Ring hinaus gegen die Kraft der Ventilfeder
verschoben, so daß das Druckmedium über seitliche Auslaß
öffnungen und die Durchgangsbohrung in der Stellschraube
entweichen kann. Ein derartiges Druckbegrenzungsventil
arbeitet bei richtiger Auslegung innerhalb vorgegebener
Toleranzgrenzen. Bei diesen Ventilen im Prinzip aber auch
bei denen gemäß DE-OS 28 30 891 bzw. DE-GM 69 42 209 kann
die Funktionsweise dadurch beeinträchtigt werden, daß durch
die vor allem seitlichen Austrittsbohrungen Schmutz in den
Bereich des Ventiltellers bzw. überhaupt in den Federraum
eindringt. Aufgrund der Gegebenheiten unter Tage kann Kohlen
staub oder auch vom Gebirge herabrieselnde Bergeteilchen
in diesen Bereich eindringen, so daß dann die Funktions
sicherheit des Ventils beeinträchtigt ist. Nachteilig ist
außerdem, daß der vom Druckmedium ausgehende Druck bei ent
sprechend seitlicher Herausführung aus dem Federraum nicht
für das Anheben des Federtellers mitausgenutzt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Druckbegrenzungsventil mit einem Federraum zu schaffen,
der wirksam vor Eindringen von Schmutz gesichert ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Austrittsbohrung dem als Stellschraube ausgebildeten
Deckel des Ventilgehäuses zugeordnet und über einen feder
belasteten Dichtbolzen mit Sitzfläche verschlossen ist.
Durch die Verlegung der Austrittsbohrung in die Stell
schraube bzw. in den Deckel des Ventilgehäuses ist zunächst
einmal eine bessere und optimale Beeinflussung des Feder
tellers durch das Druckmedium gegeben und gleichzeitig eine
Möglichkeit geschaffen, die Austrittsbohrung einfach und
vorteilhaft zu sichern. Die gewählte und erläuterte Ausbil
dung wirkt als eine Art Rückschlagventil, weil durch das
Druckmedium beim Ausströmen der Dichtbolzen angehoben wird,
so daß nach Reduzierung des Drucks im Federraum automatisch
dieser wieder gegen die Umwelt verschlossen wird. Damit
ist sichergestellt, daß wirklich nur in dem kurzen Zeitraum
eine Öffnung für den Federraum vorhanden ist, in dem das
Druckmedium aus diesem herausströmen muß. Da das Druckmedium
mit entsprechend hoher Geschwindigkeit austritt, werden
evtl. vor dem Dichtbolzen sitzende Schmutzteile mit wegge
rissen, so daß auch beim anschließenden Verschließen des
Federraums Schmutz nicht in diesen hineingelangen kann.
Eine weitere zweckmäßige Ausbildung sieht vor, daß
der Dichtbolzen mit seinem Schaft in das Ventilgehäuse hin
einragt und an seinem Ende einen Federteller aufweist,
und daß die Auflage für die Sitzfläche des Bolzenkopfes
im Bereich der Austrittsbohrung zugleich als Widerlager
für die den Dichtbolzen vorspannende Feder ausgebildet ist.
Das besagte Rückschlagventil in Form des Dichtbolzens weist
somit den zusätzlichen Vorteil auf, daß alle Teile innerhalb
des durch ihn selbst gesicherten Federraums angeordnet ist,
so daß eine Beeinflussung durch Dritteinflüsse nicht ein
treten kann. Von außen her sichtbar bleibt nur die Oberseite
des Bolzenkopfes, die beim Austreten vom Druckmedium von
diesem umspült wird und damit gereinigt wird, ebenso wie
die Sitzflächen, so daß, wie bereits erwähnt, Schmutz auch
beim Wiederverschließen durch den Dichtbolzen nicht in den
Federraum eindringen kann. Die Ausbildung mit dem in das
Ventilgehäuse hineinragenden Schaft ermöglicht die Anbringung
des Federtellers und damit die Vorspannung über die Feder,
so daß eine sehr einfache und zweckmäßige Ausbildung
geschaffen ist.
Um zu verhindern, daß der Federteller für das
austretende Druckmedium durch den Federteller behindert
wird, ist vorgesehen, daß er Ausnehmungen aufweist. Das
Druckmedium kann somit durch den Federteller hindurch und
dann durch die Austrittsbohrung ins Freie gelangen. Dennoch
unterstützen die Teile des Federtellers das Anheben des
Bolzens beim Ansprechen des Ventils, wodurch zusätzlich
sichergestellt ist, daß der Weg für das Druckmedium auch
im Bereich der Austrittsbohrung frei ist.
Eine einfache und wirksame Dichtung für den Dichtbolzen
im Bereich der Austrittsbohrung ist gegeben, da er bezüglich
des Bolzenkopfes der Austrittsbohrung und bezüglich der
schrägverlaufenden Sitzflächen der geneigten Fläche der
Auflage angepaßt ausgebildet ist. Dadurch ist ein wirksamer
Verschluß gewährleistet, weil der Bolzenkopf größer ist
als die Austrittsbohrung selbst, durch den trichterförmigen
Hals ist aber gewährleistet, daß beim Belasten des Dicht
bolzens durch die Feder eine Rundumdichtung das Eindringen
von Schmutz in fester oder flüssiger Form verhindert.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus,
daß ein Druckbegrenzungsventil geschaffen ist, das über eine
hohe Ansprechgenauigkeit verfügt und dessen Federraum dennoch
vor Eindringen von Schmutz wirksam geschützt ist. Obwohl
damit ein Verschluß für die Austrittsbohrung vorgesehen ist,
bleibt trotzdem gewährleistet, daß beim Ansprechen des Ventils
das freigesetzte Druckmedium auch wirklich aus dem Druckbe
grenzungsventil austreten kann. Gerade für den vorgesehenen
Einsatzbereich des untertägigen Bergbaues ist damit eine
vorteilhafte Lösung vorgegeben, da dort aufgrund der betrieb
lichen Gegebenheiten das Freihalten des Ventilinneren für
die Funktionsweise bzw. Funktionstüchtigkeit des Ventils von
besonderer Bedeutung ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungs
gegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungs
beispiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzel
teilen dargestellt sind. Es zeigt
Fig. 1 ein Druckbegrenzungsventil im Längsschnitt
mit Staubsicherung und
Fig. 2 ein Druckbegrenzungsventil mit Staub
sicherung und hoher Durchflußmenge.
Das in Fig. 1 dargestellte Druckbegrenzungsventil (1)
weist ein Ventilgehäuse (2) auf, dessen Eingangsseite (3)
und Ausgangsseite (4) durch einen in der Kolbenbohrung (5)
verschieblich angeordneten Ventilkolben (6) voneinander
getrennt sind. Dabei ist der Ventilkolben (6) über die auf
dem Federteller (8) aufliegende Ventilfeder (7) belastet.
Die Federkonstante dieser Ventilfeder ist so gewählt, daß
der zu fahrende Federweg mit der zulässigen Druckzunahme
übereinstimmt. Damit ist gewährleistet, daß die Ventilfeder
bei auftretender Überlast schnell und sicher über den Ventil
kolben (6) und den Federteller (8) so weit verschoben werden
kann, daß das Druckmedium in den Innenraum des Ventilgehäuses
(2) gelangt und von dort über die Austrittsbohrung (10) der
Stellschraube (9) abspritzt. Die Stellschraube (9) ist über
einen Kegelkerbstift (11) oder eine Sicherung mit Loctite
gesichert.
Die Stellschraube (9) ist auf der Innenseite ähnlich
wie der Federteller (8) ausgebildet und mit einem Kopf ver
sehen, der die Ventilfeder gleichzeitig führt.
Der in der Kolbenbohrung (5) angeordnete Ventilkolben
(6) weist über den Umfang verteilt angeordnete Radialbohrungen
(14, 15) auf, die mit der Axialbohrung (16) in Verbindung
stehen und einen Durchfluß des Druckmediums bei entsprechend
ausgefahrenem Ventilkolben (6) erlauben. Im dargestellten
Zustand ist eine Abdichtung durch den O-Ring (17) gegeben,
der in einer entsprechenden Ringnut in dem die Kolbenbohrung
(5) aufweisenden Teil gelagert ist.
Das Ventilgehäuse (2) wird bei der in Fig. 1 und der
weiteren Figur dargestellten Ausführungsform im wesent
lichen von der Federhülse (20) gebildet. Diese Federhülse
(20) weist an beiden Enden ein Gewinde (21, 22) auf, um
einmal die Stellschraube (9) und zum anderen die Führung
(34) aufzunehmen. Die Federhülse (20) ist mit einer großen
Bohrung (23) versehen, in die wie dargestellt, die Ventil
feder (7) eingeschoben werden kann. Auf der Innenwand (24)
dieser Federhülse (20) bzw. der Bohrung (23) sind unter
Bildung von Anschlägen (25) Durchflußkanäle (26, 27) einge
bracht, die ein gleichmäßiges und schnelles Vorbeiführen des
Druckmediums am Federteller (8) erleichtern. Die Durchfluß
kanäle (26) sind bei Fig. 1 bis in den Bereich des Deckels
(28) hochgeführt, so daß das Druckmedium gezielt in Richtung
Stellschraube (9) und Austrittsbohrung (10) geleitet wird.
Die Ventilfeder (7) stützt sich im Bereich des Deckels
(28) der Federhülse (20) an der Federhülse und vor allem an
der Stellschraube (9) ab. Auf der gegenüberliegenden Seite
ist der Federteller (8) angeordnet, auf dessen Stützteil
(30) die Ventilfeder (7) voll aufliegt. Wie dargestellt, hat
der Federteller einen größeren Durchmesser als die Ventilfeder
(7), wodurch das bisher auftretende Flattern der Ventilfeder
sicher unterbunden ist. Der Stützteil (30) des Federtellers
(8) ist auf der Unterseite (31) strömungsgünstig ausgebildet,
in dem der Rand (32) abgeschrägt bzw. abgeflacht ist. Der
Rand (32) kann auch gebogen ausgebildet sein, wobei er eine
Form behalten soll, die ein sicheres Anliegen am Anschlag
(25) gewährleistet.
Die Führung (34) ist über das Außengewinde (35) in die
Federhülse (20) einschraubbar. Wie gezeigt ist die Montage
dadurch erleichtert, daß die Ventilfeder (7) sowie der Feder
teller (8) zunächst in die Federhülse (20) eingeführt bzw.
eingelegt werden können, wobei die Einspannung über die
Führung (34) erfolgt, aber erst nach Überwindung der ersten
Windungen des Gewindes. Damit ist das Aufsetzen bzw. Einführen
der Führung (34) mit dem innenliegenden Ventilkolben (6)
gesichert und eine genaue Einpassung aller Einzelteile er
reicht. Das Nachspannen der Ventilfeder (7) erfolgt dann
über die Stellschraube (9).
Die Führung (34) verfügt über ein dem jeweiligen Ein
satzfall entsprechend ausgebildetes Anschlußstück (36).
Dieses Anschlußstück (36) ist im dargestellten Beispiel für
eine Steckverbindung ausgebildet, wobei der am unteren Ende
angeordnete O-Ring die notwendige Abdichtung erbringt.
Der Innenraum der Federhülse (20) ist gegen Staub
abgedichtet. Hierzu ist ein Dichtbolzen (37) vorgesehen, der über
die Feder (39) auf die Sitzfläche (38) gepreßt ist. Dieser Dichtbolzen
(37) wird aus der Sitzfläche (38) dann herausgedrückt, wenn Druck
medium bei Ansprechen des Ventils in den Innenraum der Feder
hülse (20) gelangt. Dadurch, daß das Eindringen von Staub
durch die Austrittsbohrung (10) hindurch wirksam unterbunden ist, ist
die Wirksamkeit und Ansprechgenauigkeit des Druckbegrenzungs
ventils vorteilhaft erhöht.
Fig. 2 zeigt ein Druckbegrenzungsventil mit hoher
Durchflußmenge. Die Durchflußfläche der Axialbohrung (16)
und der Radialbohrung (14, 15) sind ebenso wie die Durchfluß
fläche der großen Bohrung (23) in der Federhülse (20) und
der Austrittsbohrung (10) in der Stellschraube (9) genauso
groß oder ggf. auch größer ausgebildet, als die Durchfluß
fläche der Zuleitung (52). Beim Vergleich der Fig. 2 und der
vorhergehenden Figur wird deutlich, daß die Führung (34)
bezüglich der Außenmaße unverändert ist und nur eine ent
sprechend vergrößerte Kolbenbohrung (5) vorgesehen ist. Zur
Verhinderung des Eindringens von Staub ist auch hier die im
Verhältnis große Austrittsbohrung (10) durch einen Dichtbolzen
(53) gesichert. Dieser Dichtbolzen (53) wird über eine Feder (39)
belastet, die über den Federteller (54) vorgespannt ist.
Dieser Federteller (54) weist Ausnehmungen (55, 56) auf, um
dem Druckmedium ein schnelles Austreten aus dem Druckbegren
zungsventil (1) zu erlauben. Der Dichtbolzen (53) sitzt so
dicht mit seiner Sitzfläche (57) im Bereich der Austrittsbohrung
(10) auf, weil die zugleich als Widerlager für die Feder (39) dienende
Auflage (60) entsprechende Schrägen hat.
Über das Paßstück (58) ist es möglich, die die üblichen
Anschlußmaße aufweisende Führung (34) und das entsprechend
großvolumige Ventilgehäuse (2) bzw. die Federhülse (20) zu
verwenden. Das Paßstück bringt die notwendige Verbindung
beider Teile.
Claims (4)
1. Druckbegrenzungsventil für den hydraulischen Ausbau
im untertägigen Berg- und Tunnelbau, mit einem die Ventil
feder aufnehmenden Ventilgehäuse, das eine Austrittsbohrung
für das Druckmedium aufweist und durch einen Deckel ver
schlossen ist, mit einer gegenüberliegenden Führung zum
Anschluß an die Zuleitung, wobei in der Führung eine in
den Federraum führende Kolbenbohrung ausgebildet ist, in
welcher bei Beaufschlagung durch Druckmediumspitzen ein
eine O-Ring-Dichtung gegen die Federkraft der Ventilfeder
überfahrender Ventilkolben angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsbohrung (10) dem als Stellschraube (9)
ausgebildeten Deckel (28) des Ventilgehäuses (2) zugeordnet
und über einen federbelasteten Dichtbolzen (37, 53) mit
Sitzfläche (38, 57) verschlossen ist.
2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dichtbolzen (53) mit seinem Schaft in das Ventil
gehäuse (2) hineinragt und an seinem Ende einen Federteller
(54) aufweist, und daß die Auflage (60) für die Sitzfläche
(57) des Bolzenkopfes im Bereich der Austrittsbohrung (10)
zugleich als Widerlager für die den Dichtbolzen vorspannende
Feder (39) ausgebildet ist.
3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Federteller (54) Ausnehmungen (55, 56) aufweist.
4. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder
Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Dichtbolzen (37, 53)
die schrägverlaufende Sitzfläche (38, 57) des
Bolzenkopfes entsprechend der Auflage (60)
in der Austrittsbohrung (10) für diese Sitz
fläche angepaßt ausgebildet ist.
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