DE4003465A1 - Gebirgsschlagventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gebirgsschlagventil mit einem Ventilgehäuse, das einen mit dem Druckraum eines hydraulischen Grubenstempels zu verbindenden axialen Einlaß, radiale Aus­ lässe und zwischen diesen und dem Einlaß einen Dichtsitz für einen in dem Ventilgehäuse axial verschiebbaren Verschließ­ kolben aufweist, auf dessen dem Einlaß abgewandter Seite ein Gasfeder-Druckraum angeordnet ist, insbesondere ferner mit schmalen Auslaßbohrungen in dem Ventilgehäuse zwischen dem Dichtsitz und den genannten radialen Auslässen, wobei die radialen Auslässe, aber nicht die schmalen Auslaßbohrungen in der Schließstellung des Schließkolbens durch dessen Umfang ab­ gedeckt sind.

Gebirgsschlagventile sollen eine Anpassung hydraulischer Grubenstempel an das bei Gebirgsschlag nicht mehr zu haltende, sich setzende Gebirge ermöglichen. Sie sollen sehr schnell eine große Menge der Hydraulikflüssigkeit auslassen, damit der Grubenstempel schnell auf eine kürzere Länge einfahren kann und nicht durch Überbelastung zerstört wird. Dann aber sollen sie gleichfalls schnell schließen, damit der Stempel mit der kürzeren Länge wieder trägt.

Es ist bisher nicht befriedigend gelungen, diesen beiden gegen­ läufigen Forderungen gerecht zu werden. Entweder das Öffnen oder das Schließen vollzieht sich zu langsam, manchmal auch beides.

Die eingangs angegebene Konstruktion ist aus der DE-PS 32 15 889 und der DE-OS 26 36 794 bekannt.

Das Gebirgsschlagventil nach der DE-PS 32 15 889 öffnet schnell, schließt aber langsam. Das Gebirgsschlagventil nach der DE-OS 26 36 794 öffnet zu langsam; es schließt auch nicht schnell genug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebirgsschlag­ ventil zu schaffen, das schnell öffnet und schnell schließt.

Die Erfindung nimmt zu diesem Zweck die eingangs genannte Kon­ struktion auf und sieht vor, daß die dem Einlaß zugewandte Stirnseite des Verschließkolbens als eine Spitze ausgebildet ist.

Der so gestaltete Verschließkolben kann am Dichtsitz eine Kol­ benfläche von genügender Größe bieten, um bei auf die Kolben­ fläche wirkender Erhöhung des statischen Druckes über ein durch die Gasfeder vorgegebenes Maß hinaus schnell zu öffnen.

Die in der Öffnungsstellung infolge der stirnseitigen Anströ­ mung auf den Verschließkolben ausgeübte Kraft wird jedoch durch die Spitze vermindert. Der Verschließkolben kann leichter schließen.

Zweckmäßigerweise weist die Spitze im ganzen die Form eines Kegels, vorzugsweise jedoch eingewölbt, auf.

Der eingewölbte Kegel ist besonders strömungsgünstig. Er lenkt die Flüssigkeit besser nach außen um und läßt weniger Staudruck entstehen.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung endet der Kegelmantel mit einem Winkel gegenüber dem Querschnitt von 20 bis 40°, vorzugsweise 25 bis 35°, in einem Abstand von einem in dem Verschließkolben angeordneten, in Schließstellung an dem Dichtsitz anliegenden Dichtring mit einer Abrißkante, derart, daß in Öffnungsstellung die Strömung in Abstand von dem Dichtring über diesen hinweggeht.

Die durch die Spitze, vor allem diejenige in der Form des ein­ gewölbten Kegels, gelenkte Strömung behält hinter der Abrißkante ihre Richtung.

Der Dichtring bleibt frei von Beschädigungen und sicher funk­ tionsfähig.

Ein gleichbleibender Querschnitt des genannten Einlasses über seine Länge kann weiter zur Erzeugung einer möglichst gleich­ förmigen Strömung beitragen.

Mit dem genannten Winkel gegenüber dem Querschnitt läßt sich auch die durch die Anströmung auf den Verschließzylinder ausge­ übte axiale Kraft einstellen und optimieren. Je kleiner der Winkel ist, umso größer ist die axiale Kraftkomponente.

Als konstruktiv zweckmäßige Ausbildung weiter im einzelnen wird vorgeschlagen, daß die Spitze mit dem übrigen Verschließkolben verschraubbar ist und zwischen dem übrigen Verschließkolben und der Spitze ein Sitz für den Dichtring ausgebildet ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Verschließkolben gegenüber dem Gasfeder-Druckraum durch einen Lippendichtring, vorzugsweise von U-förmigem Ouerschnitt, ab­ gedichtet.

Auch dies dient der Erfüllung der gestellten Aufgabe: es be­ schleunigt bei der vorgesehenen Gestaltung des Verschließkol­ bens das Öffnen. Der Lippendichtring wird sehr viel stärker als andere Dichtringe durch den Druck, den er zu halten hat, ange­ preßt und auch auf einer größeren Fläche. Er setzt sich dadurch stärker fest. Um ihn zu bewegen, ist eine größere "Losbrechkraft" erforderlich. Der Verschließkolben wird daher erst bei einer stärkeren Druckerhöhung bewegt, dann aber umso schneller.

Der Lippendichtring erweist sich außerdem im Vergleich mit einem O-Ring als schwingungsdämpfend, wenn das Gebirgsschlag­ ventil beim Schließvorgang "flattert".

Ferner wird empfohlen, zwischen dem Lippendichtring und dem Gasfeder-Druckraum mindestens eine Nut auf dem Umfang des Ver­ schließkolbens einzuschneiden.

Die Nut wirkt ähnlich einer Labyrinthdichtung. Dadurch teilt sich die beim Zurückschieben des Verschließkolbens eintretende Druckerhöhung in dem Gasfeder-Druckraum nicht ganz so schnell dem Dichtring mit, dessen Anpressung durch Druckerhöhung ver­ größert wird.

Im übrigen wirkt auch die Nut schwingungsdämpfend.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sollte der Verschließkolben, durchgehend oder unterbrochen, auf einer Länge geführt sein, die größer als die Hälfte, vorzugsweise als drei Viertel, seines Durchmessers ist.

Auch dies dient dem schnellen und sicheren Öffnen und Schließen, indem es einem Verkanten und damit Klemmen des Verschließkol­ bens vorbeugt.

Als in dieser Beziehung besondere günstige und sichere Ausbil­ dung wird vorgeschlagen, daß der Verschließkolben mit zwei nahe seinen beiden Enden ausgebildeten Ringflächen geführt und zwischen diesen eingezogen ist.

Diese Gestaltung trifft sich im übrigen mit der in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagenen Maßnahme, den Ver­ schließkolben im ganzen als dünnwandigen Hohlkörper zu gestal­ ten mit möglichst geringer Masse, damit seine Trägheit gering bleibt und er auch insofern zu schnellem Öffnen und Schließen befähigt ist.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Sie zeigt einen axialen Schnitt durch ein Gebirgsschlagventil.

Ein Ventilgehäuse 1 läßt sich in an sich bekannter Weise durch Verschraubung mittels eines Gewindes 2 unter Abdichtung durch einen O-Ring 3 mit dem Druckraum eines hydraulischen Gruben­ stempels verbinden.

Im Inneren gliedert sich das Ventilgehäuse 1 in einen zylindri­ schen Einlaß 4 und einen diesem gegenüber etwas erweiterten Zylinderraum 5, in dem ein Verschließkolben 6 geführt ist. Die Kante des Absatzes zwischen dem zylindrischen Einlaß 4 und dem Zylinderraum 5 ist um etwa 45° abgeschrägt und bildet einen Dichtsitz 7 für einen mit einer gleichermaßen abgeschrägten Dichtfläche 8 versehenen Dichtring des Verschließkolbens 6. In kurzem Abstand hinter dem Dichtsitz 7 sind acht schmale Auslaß­ bohrungen 10 angeordnet; in einem weiteren Abstand folgt ein Kranz von neun radialen Bohrungen als eigentlichen Auslässen 11. Am Ende ist der Zylinderraum 5 durch einen Einsatz 12 abgeschlos­ sen. Er ist zur Schaffung einer Gasfeder in einem zwischen dem Einsatz 12 und dem Verschließkolben 6 und in diesen hinein sich erstreckenden Druckraum 13 mit einem unter z. B. 254 bar Druck stehenden Gas gefüllt; der hydraulische Einstelldruck beträgt dann 420 bar.

Weiter im einzelnen hat der Verschließkolben 6 folgenden Aufbau: Ein Grundkörper 14 weist zwischen einem zylindrischen Ring 15 an seinem vorderen axialen Ende und einem Ring 16 an seinem hinteren axialen Ende eine Einziehung 17 auf und ist im übrigen hohl und dünnwandig ausgeführt. Sein Hohlraum 18 vergrößert den Druckraum 13. Zur Abdichtung des Verschließkolbens 6 gegenüber dem Druckraum 13 dient ein in dem Ring 16 angeordneter Lippen­ dichtring 19 U-förmigen Querschnitts. Zwischen dem Lippendicht­ ring 19 und dem hinteren Ende des Verschließkolbens 6 ist eine Nut 20 eingeschnitten.

Innerhalb des Ringes 15 ist eine nach vorne offene Ausnehmung als Sitz für den Dichtring 9 geformt. In dem Sitz gehalten wird der Dichtring durch ein ihn übergreifendes Vorderteil 21, das mit einem Stutzen 22 in eine zu diesem komplementäre Ausnehmung 23 des Grundkörpers 14 ragt und hier in Gewinden 24 mit diesem verschraubt ist. Ein in das Vorderteil 21 eingelassener O-Ring 25 dichtet zwischen dem Vorderteil 21 und dem Dichtring 9 ab. Um beim Zusammensetzen Drucklufteinschlüsse zu vermeiden, sind in dem Vorderteil 21 und im Ring 15 des Grundkörpers Entlüftungs­ bohrungen 26 bzw. 27 vorgesehen. Eine weite axiale Bohrung 28 in dem Vorderteil 21 verringert dessen Masse.

Das Vorderteil 21 ist vor dem Dichtring 9 als eine im ganzen kegelförmige, jedoch eingewölbte Spitze 29 gestaltet. Ihre Mantelfläche bildet im Randbereich, wo sie mit einer ausge­ prägten Kante 30 endet, einen Winkel alpha mit der Querschnitts­ fläche von im vorliegenden Beispiel 25°. Die Kante 30 liegt noch in etwas Abstand vor dem Dichtring 9. Dessen schräge Dicht­ fläche 8 schließt sich unmittelbar am Umfang der Spitze 29 an.

Der mit seinem Umfang bei 31 in das Ventilgehäuse 1 einge­ schraubte und mittels eines in diesen eingelassenen Lippen­ dichtrings 32 U-förmigen Querschnitts abgedichtete Einsatz 12 weist weiter im einzelnen eine Ventilanordnung 33 zum Befüllen und Entleeren des Druckraumes 13 auf.

Sie besteht aus einem eine durchgehende axiale Bohrung 34 des Einsatzes über einen Dichtring 35 dichtenden Ventilteller 36, der durch einen verschiebbar in die Bohrung 34 ragenden Stutzen 37 geführt und über eine Feder 38 gegen eine mittels Schrauben 39 von innen an dem Einsatz 12 befestigte Halterung 40 abge­ stützt ist.

Durch Krafteinwirkung auf den Stutzen 37 von außen kann der Ventilteller 36 abgehoben und Druckgas eingefüllt sowie ausge­ lassen werden.

Zwei Sackbohrungen 41 dienen zum Eingriff eines speziellen Schraubwerkzeuges und sind so bemessen, daß ihnen entsprechen­ de Stifte des Schraubwerkzeuges genügend Kraft übertragen können, um den Einsatz 12 bei entspanntem Druckraum 13 ein- und abschrauben zu können, aber abscheren müßten, wenn ein Ab­ schrauben bei Druck von innen versucht würde.

Das beschriebene Gebirgsschlagventil arbeitet wie folgt:

Wird die durch den Gasdruck im Druckraum 13 einstellbare Druck­ grenze in dem Einlaß 4 überschritten, reicht die an der inner­ halb des Dichtsitzes 7 liegenden, betreffenden Kolbenfläche des Verschließzylinders 6 entwickelte Kraft aus, den Verschließ­ zylinder in seine Öffnungsstellung zu verschieben. Nach dem Abheben des Dichtringes 9 von dem Dichtsitz 7 vergrößert sich die wirksame Kolbenfläche auf den Querschnitt des Zylinderraums 5. Die durch die Auslaßbohrungen 10 abströmende Druckflüssig­ keitsmenge ist unwesentlich. Erst wenn das vordere Ende des Ringes 15 die Auslässe 11 bis zu einem wesentlichen Anteil ihres Querschnitts freigegeben hat, tritt hier Entspannung ein. Der axiale Überstand des Ringes 15 über die Auslässe 11 (bis etwa in die Mitte der Auslaßbohrungen 10) ist so bemessen, daß die Auslässe 11 erst wirksam werden, wenn zwischen dem Dicht­ sitz 7 und dem Dichtring 9 genügend Durchlaßquerschnitt ent­ standen ist, d. h. das Gebirgsschlagventil insoweit geöffnet ist. So lange bleibt der den Öffnungsvorgang bewirkende Über­ druck also weitgehend unabgebaut.

Die Auslaßbohrungen 15 haben den Zweck, den Schließvorgang zu fördern, wenn aufgrund der vorbeschriebenen Bemessungen die Auslässe 11 bereits abgedeckt sind, der Schließzustand am Dichtsitz 7 aber noch nicht erreicht ist.

Im übrigen sind die Funktionen des beschriebenen und darge­ stellten Gebirgsschlagventils hinsichtlich seiner verschie­ denen Baumerkmale weiter oben ausführlich beschrieben.

Claims (10)

1. Gebirgsschlagventil mit einem Ventilgehäuse (1), das einen mit dem Druckraum eines hydraulischen Grubenstempels zu ver­ bindenden axialen Einlaß (4), radiale Auslässe (11) und zwischen diesen und dem Einlaß (4) einen Dichtsitz (7) für einen in dem Ventilgehäuse (1) axial verschiebbaren Ver­ schließkolben (6) aufweist, auf dessen dem Einlaß (4) abge­ wandter Seite ein Gasfeder-Druckraum (13) angeordnet ist, insbesondere ferner mit schmalen Auslaßbohrungen (10) in dem Ventilgehäuse (1) zwischen dem Dichtsitz (7) und den genann­ ten radialen Auslässen (11), wobei die radialen Auslässe (11), aber nicht die schmalen Auslaßbohrungen (10) in der Schließstellung des Schließkolbens (6) durch dessen Umfang abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Einlaß (4) zugewandte Stirnseite des Verschließ­ kolbens (6) als eine Spitze (29) ausgebildet ist.

2. Gebirgsschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (29) im ganzen die Form eines Kegels, vor­ zugsweise jedoch eingewölbt, aufweist.

3. Gebirgsschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelmantel mit einem Winkel (alpha) gegenüber dem Querschnitt von 20 bis 40°, vorzugsweise 25 bis 35°, in einem Abstand von einem in dem Verschließkolben (6) angeord­ neten, in Schließstellung an dem Dichtsitz (7) anliegenden Dichtring (9) mit einer Abrißkante (30) endet, derart, daß in Öffnungsstellung die Strömung in Abstand von dem Dicht­ ring (9) über diesen hinweggeht.

4. Gebirgsschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (29) mit dem übrigen Verschließkolben (14) verschraubbar ist und zwischen dem übrigen Verschließkolben (16) und der Spitze (29) ein Sitz für den Dichtring (9) ausgebildet ist.

5. Gebirgsschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkolben (6) gegenüber dem Gasfeder-Druck­ raum (13) durch einen Lippendichtring (19), vorzugsweise von U-förmigem Querschnitt, abgedichtet ist.

6. Gebirgsschlagventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lippendichtring (19) und dem Gasfeder- Druckraum (13) mindestens eine Nut (20) über den Umfang des Verschließkolbens (6) verläuft.

7. Gebirgsschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkolben (6), durchgehend oder unterbrochen, auf einer Länge geführt ist, die größer als die Hälfte, vorzugsweise größer als drei Viertel, seines Durchmessers ist.

8. Gebirgsschlagventil nach einem der Ansprüch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkolben (6) mit zwei nahe seinen beiden Enden ausgebildeten Ringflächen (15; 16) geführt und zwischen diesen eingezogen (17) ist.

9. Gebirgsschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschließkolben (6) im ganzen als dünnwandiger Hohlkörper gestaltet ist.

10. Gebirgsschlagventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Einlaß (4) einen über seine Länge gleich­ bleibenden Querschnitt aufweist.