DE3546557C2 - Pressure relief valve - Google Patents

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.