DE6603747U - Sicherheitsventil zur ueberlastungsschutz von hydraulischen grubenstempeln - Google Patents

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]T4.7.1969

Klöckner - Werke AG.,Duisburg

"Sicherheitsventil zum Überlastungsschutz von hydraulischen

Grub ens t empeln"

Die Neuerung betrifft ein dem Überlastungsschutz von hydraulischen Grubenstempeln dienendes Sicherheitsventil mit einer Gummi elastischen Manschette, die mit einer Seite auf einem Gasdruckpolster abgestützt ist und deren andere Seite auf | einen Sitz wirkt und dadurch Nuten am Sitz steuert, durch die | Druckflüssigkeit aus dem Stempeldruckraum austreten kann. |

Der Schließkörper solcher Sicherheitsventile ist erheblich elastischer als der Schließkörper der sonst üblichen Sicherheitsventile, der auf einer Eeder abgestützt wird. Deshalb kann sich der Schließkörper dieser sogenannten Gasdruckventile örtlieh verformen und haarfeinen Plüssigkeitsströmen den Weg aus dem Stempeldruckraum nach außen freigeben. Die dabei zu bewegenden Massen sind erheblich geringer als bei den üblichen starren Schließkörpern. Deshalb ist die Stempelcharakteristik

S im Ganzen günstiger.

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Nähere Untersuchungen des Verhaltens von mit solchen Sicherheitsventilen versehene!hydraulischen Grubenstempeln zeigen, daß der Stempel schlagartig aufgebrachte große Lasten ohne bleibende Verformung übersteht. Werden hingegen große Lasten langsam auf den Stempel aufgebracht, so spricht das Überlastungsventil an und der Stempel senkt sich ab. Zwischen diesen beiden Belastungsfällen gibt es einen dritten Belastungsfall. In diesem Pail wird eine große Last mit hoher {""' Geschwindigkeit auf den Stempel aufgebracht. Dann kommt es zu bleibenden Verformungen dee Stempels. Weitere Überlegungen ergeben, daß dieser auf dem Prüfstand zu simulierende Belastungsfall auch in der Praxis denkbar ist. Er kann z.B. bei B Gebirgsschlagen auftreten, die mit einem Abriß von Hangendschichten verhältnismäßig großer Ausdehnung mit dementsprechend großem Gewicht einhergehen.

Sogenannte Gebirgsschlagsicherheitsventile sind bekannt, werden aber von einigen Fachleuten für überflüssig gehalten (vergl. Spaeth ^KStrebausbau in Stahl- und Leichtmetall"_s Verlag Glückauf GmbH., Essen, 1963, -Seite 102 ff,), weil nach Auffassung dieser Fachleute bleibende Verformungen des Stempeis aus falschen Dimensionierungen zu erklären sind. Das hat andererseits die Entwicklung voan Gebirgsschlagventilen für Grubenstempel nicht verhindert.

So ist ein Gebirgsschlagventil bekannt, das aus zwei üblichen Überdruckventilen mit unterschiedlichem Querschnitt besteht, wobei für den bei Gebirgsschlagen auftretenden hohen Druckmitteldruck das Yentil mit dem größeren Öffnungsquerschnitt gedacht ist (DAS 1 078 516). Es ist darüberhinaus bekannty den für den Ausgleich der bei Gebirgsschlagen auftretenden hohen Druckmitteldrücke erforderlichen großen Querschnitt durch Öffnung des Saubventils des Stempels herzu-

stellen, indem eine zusätzliche Kolbenringfläche an diesem Ventilkörper vorgesehen wird ( DAS 1 195 251).

Diese bekannten Vorschläge sind auf die mit Gasdruckpolster arbeitenden V ntile nicht anwendbar. Andererseits ist aber die Lösung der Schwierigkeit dringend, ein solches Gasdruck ventil mit einer Sicherung für den oben erläuterten Bßlastungsfall, der bis jetzt zu bleibenden Verformungen und daher Beschädigungen der hydraulischen Grubenstempel führt, zu versehen.

Die Neuerung löst die technische Aufgabe dadurch, daß die Manschette in einem Hohlkolben in dessen Achsrichtung beweg lich geführt ist, der auf seiner dem Sitz zugekehrten und auf diesem abgestützten Eingfiäche mit den Nuten versehen ist, und daß die axiale Bewegungsmöglichkeit der Manschette im Hohlkolben ausreicht, um deren dem ringförmig ausgebilde ten Sitz zugekehrte fläche hinter die Nuten im Hohlkolben

Dieses Sicherheitsventil wirkt «ater des. üblichen Belastungen wie das herkömmliche Gasdruckventil, nämlich durch elastische Verformung der Manschette zur Freigabe der haarfeinen DruckmittelströmeBei schlagartigen großen Belastungen ändert es die bekannte Eigenschaft hydraulischer Stempel nicht, derartige Belastungen elastisch zu überstehen. Sobald aber eine die Tragfähigkeit des Stempels übersteigende große Last mit erheblicher Geschwindigkeit aufgebracht wird, hebt die Manschette als Ganzes vom Sitz des Ventils ab und gibt einem entsprechenden starken Elüssigkeitssteoem den Weg aus dem Druckraun! des Stempels nach außen frei. Ein solcher großer und mit erheblichen Geschwindigkeiten strömender Druckmittelfluß würde unter normalen Umständen infolge seiner Ercksions-

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fähigkeit die elastische Manschette zerstören. Dies verhindert die Neuerung, weil die elastische Manschette sich hinter die Nuten zurückziehen kann. Deshalb erreicht die Neuerung im Ergebnis eine vollkommenere Sicherung des Stempels gegenüber Belastungen mit Hilfe eines neuartigen Sicherheitsventils unter gleichzeitiger Vermeidung übermäßiger Belastungen lebenswichtiger Teile dieses Ventils.

~\ Im einzelnen kann die Anordnung so getroffen werden, daß der Hohlkolben einen die Manschette abstützenden Führungskolben aufnimmt und zusammen mit dem Führungskolben eine das Gasdruckpolster aufnehmende Kammer abschließt.

Diese Anordnung ermöglicht es, den beiden vorerwähnten Öffnungsstufen des Ventils eine dritte hinzuzufügen. Bei dieser dritten Öffnungsstufe ist nicht nur die elastische Manschette völlig vom Sitz abgehoben und hinter die Nuten zurückgezogen, sondern darüberhinaus wird auch die mit Nuten versehene RJngfläche des FüxLrangskolbens vos Sits abgehoben= Das geschieht im einzelnen dadurch, daß zur Begrenzung der axialen Bewegä lichkeit der Manschette iis Hohlkolben sich aufeinander ab-

Ii *3 stützende Anschlagflächen auf ö.em Hohlkolben und dem Führungskolben vorgesehen werden, und daß der Hohlkolben gegen den Druck des Gaspolsters und gegebenenfalls einer Stütz- I feder auslenkbar ist. |

Eine solche Stützfeder wird dann erforderlich, wenn die dea Gasdruck ausgesetzte wirksame Fläche des Führungskolbens _; verhältnismäßig klein ausfällt. Zweckmäßig ist es, unter solchen Umständen die Stützfeder auf den Führungskolben wirken zu lassen und am Führungs- und Hohlkolben Stützflächen vorzusehen, mit deren Hilfe der Führungskolben den Hohlkolben nach Abheben vom Sitz gegen die Feder auslenken kann.

Nachftihrend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt ein Sicherheitsventil mit den Merkmalen der !feuerung.

Das Sicherheitsventil besitzt ein Gehäuse 1, an dem ein abgesetzter Teil 2 vorgesehen ist. Mit dem Teil 2 kann das Gehäuse ein eine nicht dargestellte Bohrung eines hydraulischen Grubenstempels eingesetzt und dort arretiert werden. Es besteht dann eine nach außen abgedichtete Verbindung zum Druckraum des Stempels. Dazu dient u.a. der O-Ring 3· Das Gehäuse läßt sich im übrigen an einer Seite durch einen Leffrel 4 verschließen, zu dem eine Dichtung 5 gehört.

Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel axial beweglicher Hohlkolben 6, ia dem ein Führungskolben 7 axial beweglich ist, der eine Manschette 10 aus Gummi elastischem Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff oder einem Werkstoff mit hinreichendem Elastizitätsmodul abstützt. Diese Manschette ruht mit einer S^ite auf einem ringförmig ausgebildeten Sitz 11 auf. Zwischen die Manschette 10 und eine Scheibe 9 ist zur Abdichtung gegenüber dem Hohlkolben ein O-Ring 12 eingesetzt.

Bei dem dargestellten &usführungsbeispiel ist die Manschette 10 auf den Führungskolben mit Hilfe eines Gewindes 13 aufgeschraubt. Die Manschette 10, die Scheibe 9 und der O-Ring 12 werden bei der Montage des Ventils von links in den Hohlkolben 6 eingeführt. Von rechts läßt sich der Führungskolben 7 mit dem O-Ring 8 in den Hohlkolben 6 einsetzen.

In <3e"r ÜLÄmmer 14. die zwischen einem Deckel 4 und den beiden Kolben 6 und 7 liegt, befindet sich ein Gasdruckpolster, das aus einem hochgespannten Gas besteht. Das Gas ist durch die

Bohrung 15 eingeführt worden. Zur Abdichtung dieser Bohrung nach außen dient ein Teller 16 mit einem O-Bing 17.

Auf dem Teller 16 stützt sich eine Feder 18 ab, die den FQirungskolben 6 und damit auch die Dichtung 10 auf den ringförmigen Sitz 11 preßt. Zwischen dem Deckel 4 und dem Hohlkolben 6 kann ebenfalle eine in den Abbildungen nicht dargestellte Feder vorgesehen sein, die den Hohlkolben 6 auf den Sitz 11 preßt. Irs übrigen werden Dichtung 10 und Hohlkolben 11 durch das in der Kammer 14 enthaltene hochgespannte Gas auf den Sitz 11 aufgedrückt. Bei 9, 20 sind am Führungs- und am Hohlkolben Stützflächen vorgesehen, mit deren Hilfe der Führungskolben den Hohlkolben nach Abheben vom Sitz gegen das Gaspolster auslenken kann. Mit 19 sind am Führungs- und am Hohlkolben angeordnete Absätze bezeichnet. Diese Absätze liegen nicht aneinander, wenn Dichtung 10 und Hohlkolben 6 auf den Sitz 11 gepreßt sind.

Die Teile 7, 8, 9,10 un<? 12 können sich innerhalb des .Hohlkolbens 6 gemäß der Zeichnung nach rechts verschieben, bis die Scheibe 9, welche eine Anschlagfläche bildet, und eine weitere Anschlagfläche 20 am Hohlkolben aufeinander zu liegen kommen und dadurch die axiale Beweglichkeit der Mansehette im Hohlkolben begrenzen.

Diese axiale Bewegungsmöglichkeit der Manschette im Hohlkolben reicht aus, um deren dem ringförmig ausgebildeten Sitz 11 zugekehrte Fläche 23 hinter mehrere radiale Nuten 21 in der dem ringförmigen Sitz zugekehrten Ringfläche des Hohlkolbens 6 zurückzuziehen und dadurch der unmittelbaren Einwirkung des strömenden Druckmittels zu entziehen.

Im übrigen ist eine Dichtung 24 vorgesehen, um die Sammer 14 gegen eine Austrittsöffnung 22 abzudichten, durch die das Druckmittel austreten kann, nachdem es die Nuten passiert hat.

In der Zeichnung ist die Stellung der Teile wiedergegeben, die diese einnehmen, sobald die Gaskammer 14 gefüllt ist und sich im Stempel kein übermäßiger Druckmitteldruck ausgebildet hat. Hohlkolben 6 und Führungskolben 7 liegen am ringförmigen Sitz 11 an. Steigt der Druck des Druckmittels is Stempeldruckraum über einen festgelegten Wert an, so verschiebt sich die Manschette 10 zusammen mit dem sie abstützenden Führungskolben 7 in der Darstellung der Zeichnung nach rechts. Dann entsteht zwischen dem ringförmigen Sitz 11 und der Manschette ein Spalt, durch den eine geringe Menge Flüssigkeit hindurchtreten kann, um die Nuten im Hohlkolben zu passieren. Jede Flüssigkeit tritt bei 22 beispielsweise ins Freie aus.

Tritt infolge einer großen und schnell aufgebrachten Last eine plötzliche Drucksteigerung des Druckmittels im Stempeldruckraum auf, so hebt die gesamte Manschette 10 mit dem sie abstützenden Führungskolben 7 vom Sitz 11 ab und wird maximal bis zu den Anschlagflächen 20 ausgelenkt. Es wird dann ein sehr großer Querschnitt freigegeben, deshalb kann in den erforderlichen kurzen Zeiträumen der Druck im Stempeldruckraum gesenkt werden.

Da der Hohlkolben seinerseits axial verschieblich ist, kann auch der Hohlkolben ausgelenkt werden. Infolgedessen ist es möglich, eine dritte Öffnungsstufe des Ventils herzustellen. Dann ist auch die Stirnseite des Hohlkolbens vom Sitz 11 abgehoben.

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Der mit d<3m vorstehenden Sicherheitsventil su erzielende technische Portschritt berteht vor allem darin, daß das Ventil unter Beibehaltung der Gasdruckventilen eigenen, besondere» Vorteile, den Stempel aucä bei außergewöhnlichen, geMrgsschlagShnlichen Belastungen schützt.

Schutzansprüche

Claims (4)

Schutzansprüche I/

1. Demüberlastungsschutz von hydraulisciien Grubenstempeln dienendes Sicherheitsventil mit einer Gummi elastischen Manschette, die mit einer Seite auf einem Gasdruckpolster abgestützt ist und deren andere Seite auf einem Sitz wirkt und dadurch Nuten am Sitz steuei'b, durch die Druckflüssigkeit aus dem Stempeldrackraum austreten kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (10) in einem Hohlkolben (6) in dessen Achsrichtung beweglich ist, der auf se.lner dem Sitz (U) zugekehrten und auf diesem abgestützten Hingfläche reit den Nuten (21) versehen ist, und daß die axiale Bewegungsmöglichkeit der Manschette (10) im Hohlkolben (6) ausreicht, um deren dem ringförmig ausgebildeten Sitz zugekehrte Fläche (23) hinter die Nuten im Hohlkolben zurückzuziehen.

2. Sicherheitsventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkolben einen die Manschette abstützenden Führungskolben (7) aufnimmt und zusammen mit dem Führungskolben eine das Gasdruckpolster aufnehmende Kammer (14) abschließt.

3. Sicherheitsventil nach einem oder mehreren der vorausgehendnn Ansprüche ,dadurch gekennzei chn e t , daß zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit der Manschette im Hohlkolben sich aufeinander abstützende Anschlagflächen (9, 20) auf dem Hohlkolben und dem Pührungskolben vorgesehen sind und daß der Hohlkolben zum Abheben seiner mit Nuten versehenen Ringfläche vom Sitz axial gegen den Druck des Gaspolsters und gegebenenfalls einer Stützfeder (18) auslenkbar ist.

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4. Sicherheitsventil nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß am Führungskolben und Hohlkolben Stützflächen (20) vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Führungskorben den Hohlkolben nach Abheben vom Sitz gegen das Gaspolster auslenkt.

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