DE967341C - Druckminderungsventil, insbesondere fuer hydraulisch betaetigte Grubenstempel - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 7. NOVEMBER 1957

D1922; VII5c

(Großbritannien)

(Großbritannien)

Grubenstempel

Die Erfindung bezieht sich auf mittels Federkraft in ihrer Schließstellung gehaltene Druckminderungsventile, welche bei auftretendem Überdruck selbsttätig öffnen und nach Beseitigung des Überdruckes wieder selbsttätig schließen. Bei derartigen Ventilen ist der Druck, mit dem beispielsweise die Ventilkugel mittels Federkraft auf den ringförmigen Ventilsitz gepreßt wird, kleiner als der Flüssigkeitsdruck, bei welchem das Ventil öffnet. Die Differenz zwischen dem öffnungsdruck und dem Schäeßdruck kann man zwar bei dem Entwurf eines Druckminderungsventils berücksichtigen, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß die üblichen Druckminderungsventile für bestimmte Apparate eine zu große Druckdifferenz aufweisen. Solche Ventile werden beispielsweise zur Aufrechterhaltung eines maximalen Druckes innerhalb enger Grenzen in einer geschlossenen Kammer veränderlichen Volumens benötigt, wie z. B. bei hydraulischen Stützen. ao

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet derartiger Ventile ist das Gebiet der hydraulischen Grubenstempel, die dazu dienen, um die Stollendecken in Bergwerken abzustützen. Es ist bekannt, daß sich die Stollendecke unter der Last des Ge- ·5 birges ständig allmählich senkt und damit den

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Druck auf die Grubenstempel verstärkt, bis der Maximaldruck erreicht ist, bei dem das Druckminderungsventil automatisch anspricht und den Druck in der Druckkammer des Stempels so weit erniedrigt, daß sich seineBauhöhe verringert. Wenn ein beträchtlicher Unterschied zwischen dem öffnungsdruck und dem Schließdruck bei für Stempel· verwendeten Druckminderungsventilen besteht, wird die Bauhöhe des Stempels durch das Nachlassen des Druckes in der Druckkammer so lange verringert, bis sich ein Druck eingestellt hat, der wesentlich unter dem Druck liegt, den der Stempel maximal aushalten könnte. Deshalb ist es erwünscht, daß der Unterschied zwischen dem Öffnungsdruck und dem Schließdruck bei Druckminderungsventilen für hydraulische Stempel möglichst klein ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckminderungsventil zu schaffen, das die vorgenannte Forderung erfüllt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Ventilsitz und der Ventilkörper des als Rückschlagventil ausgebildeten Druckminderungsventils in einer Ringkammer untergebracht sind, welche derart gestaltet und mit dem Vorratsbehälter der Druckflüssigkeit durch eine Bohrung so kleinen Durchmessers ständig in Verbindung steht, daß bei durch Überdruck geöffnetem Ventil die durch diese Bohrung strömende Druckflüssigkeit in der Ringkammer einen Gegendruck erzeugt, der im gleichen Sinne wie die den Ventilkörper auf den Ventilsitz drückende Feder wirkt.

Bei dem Druckminderungsventil nach der Erfindung besteht das Gehäuse der Ringkammer aus einem becherartig geformten, mit Innengewinde versehenen Teil, in den ein die mit veränderlicher Vorspannung eingebrachte Ventilfeder einschließender zylindrischer Teil eingeschraubt ist. Der als Ventilfedergehäuse dienende zylindrische Teil ist in seiner Längsachse mit einer Führungsbohrung versehen, die als Gleitlager für den an seinem dem Ventilsitz zugewandten Ende vorzugsweise ballig ausgebildeten Ventilkörper dient. Der Ventilsitz wird zweckmäßigerweise: als Ringscheibe ausgebildet und diese so zwischen den beiden ineinander verschraubbaren Teilen des Gehäuses der Ringkammer angeordnet, daß sie sich koaxial mit dem Ventilkörper einstellen kann. Erfindungsgemäß dient das Gehäuse der Ringkammer als Ventilkörper eines willkürlich zu betätigenden Ventils, das im geöffneten Zustand eine Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter des Druckmittels und der Druckkammer des hydraulischen Stempels freigibt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden, an Hand der Fig. 1 und 2 durchgeführten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu ersehen.

In Fig. ι ist ein Teilschnitt durch den oberen Teil eines hydraulischen Stempels dargestellt, in welchen das erfindungsgemäße Druckminderungsventil eingebaut ist;

Fig. 2 veranschaulicht einen Längsschnitt durch das Druckminderungsventil in vergrößertem Maßstab.

Die Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines teleskopartig zusammenschiebbaren hydraulischen Stempels 3, welcher mit einer Kopfplatte 4 versehen ist, die sich gegen die Stollendecke abstützt. Das Innere des Stempels 3 enthält einen Vorratsbehälter für die Druckflüssigkeit, die mittels einer Handpumpe in die am Fuße des Stempels angeordnete Druckkammer befördert wird. Die konstruktive Ausführung derartiger hydraulischer Stempel ist bekannt. Es wird deshalb davon abgesehen, den Aufbau dieser Stempel näher zu erläutern. Von der Druckkammer des Stempels führt ein Rohr, dessen oberer Teil in der Fig. 1 mit 5 bezeichnet ist, bis zu dem zylinderförmigen Gehäuse 6 des Druckminderungsventils. Das Rohrende 5 ist mit dem Gehäuse 6 verschweißt, das quer zur Längsachse des Stempels 3 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 6 ragt an beiden Enden über die Wände des Ste^ipelkopfes hinaus und ist in den Stempelkopf eingeschweißt.

Das obere Ende 5 des von der Druckkammer des Stempels her auf führ enden Rohres ist auf die radiale Bohrung 7 des Ventilgehäuses 6 aufgesetzt, das eine axiale Bohrung 10 aufweist. Die letztere geht an dem einen Ende in eine größere Bohrung 8 und an dem anderen Ende in eine Bohrung 9 über, die einen etwas kleineren Durchmesser als die Bohrung 8 aufweist. Der Absatz zwischen der axialen Bohrung 10 und der axialen Bohrung 8 ist als ringförmige Ventilsitzfläche 11 für eine Ventilkapsel 12 ausgebildet, welche innerhalb der Bohrung 8 geführt ist. Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, ist an der der Ventilsitzfläche 11 zugewandten Stirnseite der Ventilkapsel 12 ein Abdichtungsring 13 angeordnet, der sich abdichtend auf die Ventilsitzfläche 11 legt. Das äußere Ende der Bohrung 8 ist durch einen Stöpsel 14 abgeschlossen. Zwischen diesem Stöpsel und einem Flansch 16 an der Ventilkapsel 12 ist eine Ringfeder 16 angeordnet, welche dazu dient, die Kapsel 12 gegen den ringförmigen Ventilsitz 11 zu drücken.

In der Wandung des Ventilgehäuses 6 ist senkrecht zur Längsachse des letzteren eine Bohrung 20 vorgesehen, die eine direkte Verbindung zwischen dem nicht dargestellten Vorratsbehälter der Druckflüssigkeit und der Bohrung 8 des Ventilgehäuses 6 schafft. Die Ventilkapsel 12 geht in einen Bolzen 17 über, der innerhalb der Bohrung 10 des Gehäuses 6 geführt ist und ein mit Gewinde versehenes Ende 18 aufweist. Auf diesen Gewindebolzen ist ein Druckausgleichskolben 19 aufgeschraubt, welcher mit Gleitsitz innerhalb der Bohrung 9 geführt ist. Dieser Kolben trägt eine Ringdichtung 21, damit der Kolben gegenüber der Bohrung 9 abgedichtet ist. Die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Fläche des KoI-bens 19 ist größer als die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Stirnfläche der Ventilkapsel 12, so daß der Flüssigkeitsdruck innerhalb der Bohrung 10 des Ventilgehäuses 6 genügend groß ist, um die Kapsel 12 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung zu halten, d. h. diese Kapsel auf die Ringfläche 11

während der normalen Arbeitsstellung des hydraulischen Stempels zu pressen.

Wenn der Druck in der Druckkammer des Stempels verringert werden soll, dann wird die Ventilkapsel 12 von ihrem Ringsitz ii abgehoben, und zwar mittels eines Nockens 22. Der letztere ist jenseits des äußeren Endes des Kolbens 19 an einem Bolzen 23 drehbar aufgehängt, der in einer geschlitzten Ausladung 24 des Ventilgehäuses 6 befestigt ist. Der Nocken 22 hat einen Hebelarm, der als Ring 25 ausgebildet ist. An diesem Ring kann eine Kette oder ein Seil befestigt werden, mittels dessen von einem sicheren Standpunkt aus das Druckminderungsventil durch Zug betätigt werden kann.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besteht die Ventilkapsel 12 aus einem becherförmigen Teil 26 am Ende des Bolzens 17. Durch den letzteren führt eine Hochdruckbohrung 27 bis zum Grunde des becherförmigen Teiles 26 und auf der anderen Seite bis zur Querbohrung 28 im Bolzen 17. Ein Federgehäuse 29 ist mit seinem mit Außengewinde versehenen zylindrischen Teil 30 in das Innere des becherförmigen Teiles 26 eingeschraubt. Das in den Teil 26 eingeschraubte Ende 31 des Gehäuses 29 weist eine zentrale Führungsbohrung 32 auf, welche koaxial zu der Hochdruckbohrung 27 des Teiles 26 verläuft.

Eine Ventilsitzscheibe 33 ist zwischen der Grundfläche des becherförmigen Teiles 26 und dem Ende 31 des Gehäuses 29 der Führungsbohrung 32 eingeklemmt. Diese gegen den Teil 26 mittels eines Dichtungsringes 34 abgedichtete Ventilsitzscheibe 33 weist eine zentrale Bohrung 35 auf, die koaxial zur Hochdruckbohrung 27 verläuft. Die Bohrung dient an ihrem dem Federgehäuse 29 zugewandten Ende als Ventilsitz 36.

Ein mit einem vorzugsweise kugelig ausgeführten Ende ausgestattetes Führungsglied 37 ist im Gleitsitz innerhalb der Führungsbohrung 32 des Federgehäuses 29 angeordnet und so ausgebildet, daß es eine Ventilkugel 38 aufnehmen kann, die auf den Ventilsitz 36 paßt. Das andere Ende des Führungsgliedes 37 der Ventilkugel 38 ist als Bolzen 39 ausgebildet. Das äußere Ende des Federgehäuses 29 ist durch einen Schraubstöpsel 41 abgeschlossen, der eine Sackbohrung 42 aufweist, die als Führung des Federhaltekeiles 43 dient. Dieser Federhaltekeil besteht aus einem rohrförmigen Teil 44, der an seinem dem Schraubstöpsel 41 zugewandten Ende geschlossen und in den der Bolzen 39 des Führungsgliedes 37 aufgenommen ist. Das andere Ende des Federhaltekeiles 43 weist einen radialen Flansch 45 auf, zwischen dem und dem Stöpsel 41 die Spiralfeder 46 gehalten ist.

Zwischen dem Bolzen 39 des Führungsgliedes 37 und dem rohrförmigen Teil 44 des Federhaltekeiles 43 ist Spiel, damit eine Verkantung der Feder 46 ausgeschlossen ist. Von der Führungsbohrung 32 ■60 zweigen radiale Bohrungen 47 ab, welche eine Verbindung zwischen dem Raum um den Ventilkörper 38 und der ringförmigen Kammer 48 schaffen, die zwischen dem becherförmig ausgebildeten Teil 26 der Ventilkapsel 12 und dem Teil 31 des zylindrischen Federgehäuses 29 eingeschlossen ist.

In der Wandung des becherförmigen Ventilkapselteiles 26 ist eine einzige Bohrung 49 von verhältnismäßig geringem Durchmesser angebracht. Der Durchmesser dieser Bohrung ist kleiner als derjenige der radialen Bohrungen 47, die von der Führungsbohrung 32 ausgehen. Die Bohrung 49 bildet eine Drossel zwischen der Ringkammer 48 und der Bohrung 8 des Ventilgehäuses 6, die über die Bohrung 20 in Verbindung mit dem Druckmittelbehälter des Stempels steht.

Wenn das Druckminderungsventil zusammengebaut ist, wird der Ventilsitz dadurch eingestellt, daß man eine Flüssigkeit mit hohem Druck in das Federgehäuse 29 einströmen läßt und auf diese Weise die Ventilsitzscheibe 33 in die richtige Stellung am Grunde-des becherförmigen Teiles 26 bringt. Durch die Schließbewegung der Ventilkugel 38 wird die Ventilsitzscheibe 33 zentriert.

Das in den hydraulischen Stempel eingebaute erfindungsgemäße Druckminderungsventil arbeitet in der folgenden Weise: Wenn der Druck auf die Stollendecke allmählich zunimmt und der Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer des hydraulischen Stempels den öffnungsdruck des Ventils erreicht oder übersteigt, dann wird das Ventilglied 38 durch die Druckflüssigkeit von seinem Sitz 36 abgehoben. Die Druckflüssigkeit strömt dann von der Druckkammer aus in die Bohrung 32 ein und gelangt von dort aus durch die radialen Bohrungen 47 in die Ringkammer 48, von wo aus sie durch die Drosselbohrung 49 austreten und über die Bohrung 20 in den Vorratsbehälter der Druckflüssigkeit abfließen kann.

Der Strom der Druckflüssigkeit durch die Drosselbohrung 49 baut in der Ringkammer 48 einen Gegendruck auf, der höher als der Druck ist, der im Vorratsbehälter der Druckflüssigkeit herrscht. Dieser Gegendruck wirkt auf eine Fläche des Ventilkörpers 38, die gleich der Fläche der Bohrung 35 der Ventilsitzscheibe 33 ist. Auf diese Weise wird der Druck der Feder 46 im Ventilschließungssinn verstärkt. Der Ventilkörper 38 wird also gegen den Sitz 36 mit einer größeren Kraft gedrückt, als wenn die Ringkammer 48 in freier und ungedrosselter Verbindung mit dem Vorratsbehälter der Druckflüssigkeit stehen würde. Der Ventilkörper 38 wird schneller auf seinen Ventilsitz 36 zurückgedrückt, sobald der Druck in der Druckkammer, der über das Rohr S und die Bohrungen 28 und 27 auf den Ventilkörper 38 einwirkt, zu fallen beginnt.

Die durch den kleinen Durchmesser der Bohrung 49 bedingte Drosselung wirkt sich nicht auf den Öffnungsdruck des Ventils aus, sondern trägt lediglich zur schnelleren Schließung des Druckminde- iao rungsventils bei.

Es ist durch Versuche festgestellt worden, daß der zunehmende Druck der Stollendecke auf den Stempelkopf ein intermittierendes Ansprechen des Druckminderungsventils zur Folge hat, das sich durch ein knackendes Geräusch bemerkbar macht.

Das schnelle Schließen des Ventils ist im wesentlichen auf die kleine Differenz zwischen dem Öffnungsdruck und dem Schließdruck des erfindungsgemäßen Ventils zurückzuführen. Messungen haben ergeben, daß die Druckdifferenz 2°/» oder weniger vom öffnungsdruck des Ventils beträgt.

PATENTANSPRÜCHE:

ίο i. Mittels Federkraft in seiner Schließstellung gehaltenes Druckminderungsventil, welches bei auftretendem Überdruck selbsttätig öffnet und nach Beseitigung des Überdruckes wieder selbsttätig schließt, insbesondere für hydraulisch betätigte Grubenstempel, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (33) und der Ventilkörper (38) des Rückschlagventils in einer Ringkammer (48) untergebracht sind, welche derart gestaltet und mit dem Vor-

ao ratsbehälter (20) der Druckflüssigkeit durch eine Bohrung (49) so kleinen Durchmessers ständig in Verbindung steht, daß bei durch Überdruck geöffnetem Ventil (38, 33) die durch diese Bohrung (49) strömende Druckflüssigkeit in der Ringkammer (48) einen Gegendruck erzeugt, der im gleichen Sinne wie die den Ventilkörper (38) auf den Ventilsitz (33) drückende Feder (46) wirkt (vgl. Fig. 2).

2. Druckminderungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Ringkammer (48) aus einem becherartig geformten, mit Innengewinde versehenen Teil (26) besteht, in den ein die mit veränderlicher Vorspannung eingebrachte Ventilfeder (46) einschließender zylindrischer Teil (29) eingeschraubt ist..

3. Druckminderungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ventilfedergehäuse dienende Teil (29) in seiner Längsachse mit einer Führungsbohrung (32) versehen ist, die als Gleitlager für den an seinem dem Ventilsitz (33) zugewandten Ende vorzugsweise ballig ausgebildeten Ventilkörper (38) dient.

4. Druckminderungsventil nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (33) ^als Ringscheibe ausgebildet und diese so zwischen den beiden ineinander verschraubbaren Teilen (26 und 29) des Gehäuses der Ringkammer (48) angeordnet ist, daß sie sich koaxial mit dem Ventilkörper (38) einstellen kann.

5. Druckminderungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Ventilsitz (33) dienende Ringscheibe in an sich bekannter Weise mittels einer Ringdichtung (34) gegenüber dem Gehäuse (26, 29) der Ringkammer (48) abgedichtet ist.

6. In ein willkürlich zu betätigendes Ventil eines hydraulischen Grubenstempels eingebautes Druckminderungsventil nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (26, 29) der Ringkammer (48) als Ventilkörper (12) eines willkürlich zu betätigenden Ventils dient, das im geöffneten Zustand eine Verbindung zwischen dem Vorratsbehälter (20) des Druckmittels und der Druckkammer des hydraulischen Stempels freigibt (vgl. Fig. 1).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 509 556/4 9.5 (709 751/15 10.57)

Claims (1)

1. Ergänzungsblatt zur Patentschrift Nr. 967 3 4· 1

   Kl. 5 c Gr. 10 οι

   AUSGEGEBEN AM 29. AUGUST 1963

   Das Patent 967 341

   ist durch rechtskräftigen Beschluß des Deutschen Patentamts
   vom 31. Mai 1963 beschränkt worden.

   a) In der Beschreibung Seite 2 ist nach Zeile 33 folgender Absatz eingefügt worden:

   Druckminderungsventile, bei denen ein Staudruck hinter dem Ventilkörper die Schließkraft der Ventilfeder zeitweilig unterstützt, sind an sich bekannt. Bei diesen bekannten Druckminderungsventilen wird der Staudruck durch eine Drosselbohrung in der Wandung des Ventilgehäuses erzeugt.

   b) An die Stelle der Patentansprüche 1 bis 4 ist folgender Patentanspruch getreten:

   i. Mittels Federkraft in seiner Schließstellung gehaltenes und in einer aus zwei Gehäuseteilen zusammengefügten Kammer angeordnetes Entlastungsventil mit einer in der Kammerwandung mit einem solchen Querschnitt vorgesehenen öffnung, daß dann, wenn der Ventilkörper durch einen übermäßigen Druck von seinem Sitz abgehoben wird, die Öffnung den Austritt des Betriebsmittels aus der Kammer verzögert und das Entstehen eines Druckes in der Kammer verursacht, der in der gleichen Richtung wirkt wie die Ventilfeder, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (38) in der Ringkammer (48) geführt und der Ventilsitz (33) als Scheibe ausgebildet ist und diese Scheibe zwischen den Gehäuseteilen (26, 29) der Ringkammer so gehalten ist, daß sie beim Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile der Ringkammer die Möglichkeit einer selbsttätigen koaxialen Einstellung zum Ventilkörper (38) hat.

   c) Die bisherigen Patentansprüche 5 und 6 sind unter entsprechender Änderung der Rückbeziehung in Patentanspruch 1 und 2 umnumeriert worden.