DE3032811C1 - Druckbegrenzungsventil fuer Stempel des untertaegigen Grubenausbaus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für mit öl Wasser Emulsionen betriebene Stempel des untertägigen Grubenausbaus gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekanntes Druckbegrenzungsventil dieser Bauart lählt durch die DE-AS 13 03157 zum Stand der Technik. Hierbei taucht der Ventilkoiben in der Bereitschafts» bzw. Ausgangsstellung des Druckbegrenzungsventils mit nahezu seiher gesamten Länge in die Zuführbohrung ein. Die Längsführung des Ventilkolbens erfolgt über zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Ringflächen, zwischen denen der Ventilkolben eine breite umfangsseitige Einschnürung gerin

ger Tiefe besitzt Etwa in der Mitte der Einschnürung münden Querbohrungen, die über eine axiale Sackbohrung im Ventilkolben mit der Zuführbohrung und über diese mit dem Druckraum beispielsweise eines Grubenstempeis in Verbindung stehen. Die Abdichtung der Zuführbohrung gegenüber dem AbfluDraum im Ventilgehäuse wird durch einen in eine Ringnut eingebetteten O-Ring bewirkt Die Ringnute ist vollständig in das Fleisch des Gehäusezapfens eingearbeitet Die Druckfeder liegt in einer Verlängbrung des Abflußraums.

Mit der Anordnung einer umfangsseitigen Einschnü rung geringer Tiefe soll ein genaueres öffnungs-Schließverhalten des Druckbegrenzungsventils gewährleistet werden, da nunmehr über den gesamten Umfang des Dichtungsrings eine gleichmäßige Beanspruchung üiirch das Druckmedium erfolgt Auf diese Weise will man die Nachteile beseitigen, die Ventilen anhaften (z. B. DE-Gm 78 02 256), bei weichen die Radialbohrungen im Ventilkoiben direkt am Umfang mündei., so daß beim Überfahren des O-Rings dieser an denjenigen Stellen, die unmittelbar vor den Mündungen der radialen Bohrungen liegen, einem außerordentlich hohen Flüssigkeitsdruck ausgesetzt ist und dadurch stark verschleißt Die Funktionsgenauigkeit beziehungsweise die Ansprechempfindlichkeit wird hierdurch herabgesetzt.

Bei der demgegenüber verbesserten Ausführungsform eines Druckbe£,?enzungsventils gemäß der Auslegeschrift ist davon auszugehen, daß dieses zunächst exakt arbeitet und auch nach einer kurzen Einsatzzeit dieses Arbeitsverhalten noch hat Es ergeben sich jedoch zwangsläufig dann Mängel, wenn das Druckbegrenzungsventil etwas länger im Einsatz und dadurch auch langer den Einflüssen des Betriebsmediums einer Schubkolbeneinheit, das heißt also einer Öl-Wasser-Emulsion ausgesetzt ist. Diese Emulsionen sind im untertägigen Einzugsbereich selten frei von Verunreinigungen vieler Art Dadurch sind auch alle Flächen, insbesondere aber die Führungsflächen, eines während •to der Bereitschaftsstellung tief in c*^:e Zuführbohrung eintauchenden Kolbens permanent den Einflüssen der jeweiligen Emulsion ausgesetzt. Fulglich lagern sich bevorzugt bei längeren Ruhezeiten des Ventils, zum Beispiel bei mangelnder Konvergenz die Verunreinigungen an den Rächen ab, setzen sich fest und führen Ventilstörungen herbei, weil die Ventile jetzt nicht mehr die gewünschte Ansprechempfindlichkeit besitzen.

In diesem Zusammenhang ist ein weiterer Nachteil der bekannten Bauart der, daß auch die Druckfeder und die bezüglich des Dichtungsrings abflußseitigen Flächen des Ventilkolbens permanent mit dem Betriebsmedium in Kontakt stehen. Dies hat zur Folge, daß sich auch an diesen Teilen die im Betriebsmedium befindlichen Verunreinigungen absetzen und zu Funktionsbeeintrarfitigungen des Druckbegrenzungsventils führen können.

Neben diesen Nachteilen ist im bekannten Fall außerdem festzustellen, daß die Gestaltung des Ventilkolbens einen hohen Bearbeitungsaufwand erforden. Es ist eine Längsbohrung vorzusehen, an die sich weitere Querbohrungen anschließen. Darüber hinaus ist die breite Umfangsseitige Einschnürung geringer Tiefe herzustellen sowie die Anpassung der Kolbenführungsflächen an die Zuführbohrung.

Bei vergleichsweise geringen GebirgsüberdrÜcken soll im bekannten Fall nach dem Überfahren des Dichtungsrings durch die umfangsseitige Einschnürung der erhöhte Druck dadurch abgebaut werden, daß das

Druckmedium von der Einschnürung aus über den Ringspalt zwischen den hinter dem Dichtungsring liegenden Wandabschnitten des Gehäusezapfens und der Kolbenoberfläche tröpfchenweise abfließt. Treten jedoch Betriebszustände auf, die einen schnellen Druckabbau verlangen, um Schaden am Grubenausbau zu vermeiden, so sollte eigentlich gewährleistet sein, daß in diesem Fall auch die entsprechend große Medienmenge abströmen kann. Dies dürfte aber aufgrund der eine nur geringe Tiefe aufv/eisenden Einschnürung nicht 1 _ü möglich sein. Es ist vielmehr anzunehmen, daß trotz abströmendem Druckmedium eine wirksame Entlastung orst dann eintritt, wenn die in die Einschnürung mündenden radialen Bohrungen im Kolben mit dem Abflußraum hinter dem Dichtungsring in Verbindung π gelangen. Da ferner Längenbereiche des Gehäusezapfens zwischen dem Dichtungsring und dem Abflußraum als schmale Schlitze ausgebildet sind, wird sich hier bei einer plötzlich notwendig werdenden Abführung des Druckmediums zwangsläufig ein Staudruck aufbauen mit Folgeschäden am Ausbau.

Schließlich wäre noch anzumerken, daß es in hydraulischen Systemen der in Rede stehenden Ar₁ zu Druckschwankungen kommen kann, bei denen in rascher Folge Werte zwischen Null und einem ^ Maximum erreicht werden. Dies führt dann dazu, daß der Ventilkolben diesen Druckschwankungen folgt und mithin zwischen seinen Endlagen hin und her schlägt Da aber nur in die eine Richtung durch die Druckfeder eine Dämpfung erreicht werden kann, kommt es in der so Gegenrichtung zu schlagartigen Belastungen des Ventils, die sich zwangsläufig in Beschädigungen der Kolbenführungsflächen auswirken und damit zusätzlich die Funktionsgenauigkeit des Ventils erheblich beeinträchtigen. 3Ί

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Bauart zu schaffen, das bei geringem fertigungstechnischen Aufwand exakt an den vorbestimmten Grenzdrücken steuert und zwar auch dann, wenn ·. B. durch mangelnde Konvergenz längere Stillstandszeiten nicht zu vermeiden sind.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen. ^,

Durch die Eingliederung des mit quergerichteten Abflußboh'ungen versehenen Ringe'nsatzes als abflußseitige Begrenzung der den Dichtungsring aufnehmenden Ringnut wird am Umfang des Ringeinsatzes zwischen diesem und dem Ventilgehäuse eine flüssigkeitsleitende Verbindung geschaffen. Wenn nun bei druckbeaufschlagtem Ventil die Ringnut unter Druck steht, der A bflußraum jedoch noch drucklos ist, hat der Dichtnng zwangsläufig das Bestreben, nicht nur am Ventilkolben entlang in Richtung zum Abflußraum, sondern auch den Lipalt zwischen dem Ringeinsatz und dem Gehäusezapfen abzudichten. Dieser Sachverhalt führt dann zu einer Ventilkolbenlänge, bei welcher der Ventilkolben in der Bereitschaftsstellung nur geringfügig über den Dichtungsring in Richtung λιγ Zuführbohrung vorsteht. Er kann daher extrem kurz gehalten werden. Außerdem sind keine Bearbeitungen des Ventilkolbens mehr erforderlich. Er braucht weder Axial' noch Radialbohrungen noch eine umfangsseitige Einschnürung aufzuweisen. Die gleichmäßige Belastung des Dichtungsrings wird jetzt dadurch sichergestellt, daß der Ventilkolben im Durchmesser kleinet als die Zuführbohrung bemessen ist und unmittelbar hinter dem Dichtungsring endet

Tritt mithin bei verstärktem Gebirgsüberdruck die Stirnfläche des Ventilkolbens durch den Dichtungsring, so bleibt aufgrund des Druckgefälles zwischen der Zuführbohrung und dem Abflußraum der Dichtungsring, auch ohne innenseitig am Kolben anzuliegen, nach außen angedrückt Das Entspannen des Druckmediums erfolgt bei kleinen Durchflußmengen zwischen dem Dichtungsring und dem Kolbenende. Bei größeren Durchflußmengen liegt die kritische Entspannungszone zwischen dem Ende des Ventilkolbens und der Bohrung im Ringeinsatz, so daß der in dieser Phase nicht im Eingriff stehende Dichtungsring einwandfrei vor Verschleiß geschützt ist

Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Erfindung ist die, daß nunmehr die Kolbenführung gegenüber dem Abflußraum abgedichtet und damit den Einflüssen der im Betriebsmedium vorhandenen Verunreinigungen eindeutig entzogen ist Die Führungen können sich auch bei langen Stillstandszeiten des Druckbegrenzungsventils nicht mehr durch Ablagerungen 7-isetzen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß au.h nach langen Einsatzzeiten und unregelmäßigen Wartungen, also unter den besonderen Bedingungen des untertägigen Grubenbetriebs, das erfindungsgemäße Druckb.grenzungsventil noch ein exaktes Öffnungs-Schließverhalten mit außerordentlich genauer Ansprechempfindlichkeit besitzt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die abflußseitige Stirnfläche der Ringnut durch einen radial einwärts gerichteten kreisringförmigen Flansch des Ringeinsatzes gebildet ist. Der Flansch kann sich dabei in seiner Dicke bis zur zentralen Durchgangsbohrung für den Ventilkolben verjüngen, wodurch beim Durchtritt des Kolbenendes sehr gute Abflußvoraussetzungen für das Betriebsmedium geschaffen werden.

In diesem Zusammenhang ist es dann ferner von Vorteil, daß der Durchmesser der Flanschbohrung etwa dem Innendurchmesser des Dichtungsrings entspricht

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Kolbenführung durch einen im Ventilgehäuse festgelegten Zylinder mit Deckel gebildet ist, der in einer dem Abflußraum zugewendeten zentralen Aussparung einen den Ventilkolben umfassenden Abstreifring trägt Die Kolbenführungsflächen sind folglich einmal in den Deckel und einmal in einen radial nach innen gerichteten Flansch des Zylinders eingearbeitet, der zugleich den Boden für die den Abstreifring aufnehmende Aussparung bildet Der am Außenumfang des Ventilkolbens anliegende Abstreifring schabt folglich beim Eindringen des Ventilkolbens in den Zylinder Verunreinigungen von der Oberfläche ab, uie sich eventuell dort bei Stillständen festgesetzt haben. Die Führungsflächen des Zylindern werden folglich einwandfrei sauber gehalten.

Die Trennung der Kolbenführungsfläthen vom Betriebsmedium erlaubt es dann erfindungsgemäß ferner, daß die führungsflächen für den Ventilkolben durch Materialpaf-ungen mit gtiten Notlaufeigenschaften gebildet sind. Es können entsprechende Materialien verwendet öder von vornherein geeignete Sehmiermittel vorgesehen werden, die ein exaktes Betriebsverhalten auch über lange Einsatzzeiten hinweg sicherstellen.

Schließlich besteht ein weiterbildendes Merkmal des erfindungsgemäßen Grundgedankens noch darin, daß der Ventilkolben einen im Führungszylinder gleitenden Doppelkonus aufweist und endseitig des Zylinders

Puffer angeordnet sind. Die Puffer bestehen bevorzugt aus O-Ringen. Diese Ausbildung trägt demzufolge den Druckschwankungen im hydraulischen System bei Werten zwischen Null und einem Maximum Rechnung. Das Hin- und Herschlagen des Ventilkolbens wird in beide Richtungen in den Endpunkten gedämpft, so daß Beschädigungen des Ventils, insbesondere jedoch dsr Kolbenführung, nicht mehr eintreten können und die Lebensdauer beziehungsweise die Standzeit des Druckbegrenzungsventils merklich heraufgesetzt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Druckbegrenzungsventil im vertikalen Längsschnitt in der Bereitschaftstellung:

Fig.2 ebenfalls im vertikalen Längsschnitt, das Druckbegrenzungsventil der Fig. 1 in einer Zwischenstellung bei etwas erhöhtem Gebirgsdruck und r ig. J ΠΟΟΐϊΠ5ι5 ίϊϊϊ VErtifCärcn LangäaCuniii, u55

Druckbegrenzungsventil der Fig. 1 und 2 in vollständig geöffnetem Zustand.

Mit 1 ist in den Fig. 1 bis 3 ein Druckbegrenzungsventil für mit öl-Wasser-Emulsionen betriebene Schubkolbeneinheiten des untertägigen Grubenausbaus bezeichnet Ein solches Druckbegrenzungsventil 1 kann beispielsweise den Stempeln eines Schildausbaugestells zugeordnet werden.

Das Druckbegrenzungsventil 1 weist einen Ventilzapfen 2 auf. der in eine entsprechende öffnung beispielsweise eines Gestellstempels einsetzbar und festlegbar ist Zur Abdichtung ist am freien Ende des Ventilzapfens 2 ein im Querschnitt runder Dichtungsring 3 vorgesehen. Die innere Verlängerung 4 des Zapfens ist zylinderförmig ausgebildet und außenseitig mit einem Gewinde 5 ausgerüstet Auf das Gewinde 5 ist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 6 aufschraubbar, welches am freien Ende ein Innengewinde 7 besitzt in das eine Spannschraube 8 mit Innenausnehmung 9 eindrehbar und arretierbar ist. Stirnseitige Bohrungen 10 in der Spannschraube 8 dienen zum Ansetzen eines geeigneten Werkzeugs.

Die innere Ausnehmung 9 in der Spannschraube 8 dient der Zentrierung einer Schraubendruckfeder II. welche mit ihrem anderen Ende den zentralen Vorsprung 12 eines hutförmigen Druckstücks 13 übergreift und bestrebt ist dieses in Richtung auf den Ventilzapfen 2 zu verlagern. In die dem Ventilzapfen 2 zugewendete Fläche 14 des Druckstücks 13 ist eine zentrale Ausnehmung 15 eingearbeitet die am rückwärtigen Ende 16 des Ventilkolbens 17 anliegt und damit auch den Ventilkolben 17 entgegen dem Druck im Grubenstempel sowie der Zuführbohrung 18 im Ventilzapfen 2 zu verlagern versucht

Der Ventilkolben 17 ist in einer Kolbenführung 19 axialverschiebiich gelagert, die durch einen im Ventilgehäuse 6 festlegbaren Zylinder 20 mit Deckel 21 gebildet ist Die Festlegung erfolgt beim Aufschrauben des Ventilgehäuses 6. Im etwa mittleren Längenbereich besitzt der Ventilkolben 17 einen Doppelkonus 22, der im Führungszylinder 20 gleitet An den inneren Enden des Führungszylinders 20 sind Pufferelemente 23 aus O-Ringen vorgesehen. Die Führungsflächen 24, 25 im radial einwärts gerichteten Flansch 26 des Führungszyiinders 20 und des Deckels 21 bestehen aus Materialien mit guten Notlauf eigenschaften.

Die Figuren iassen ferner erkennen, daß nät Hilfe des Ventilgehäuses 6 und zwar über den Führungszylinder

20 mit Deckel 21 ein Ringeinsatz 27 mit quefgef ichteten Abflußbohrungen 28 am inneren Ende des Abflußraums 29 festlegbar ist. Der Ringeinsatz 27 besitzt einen radial einwärts gerichteten kreisringförmigen Flansch 30 mit einer zentralen Bohrung Ii, durch die das mit abgerundeten Kanten versehene freie Ende 32 des Ventilkolbens 17 mit geringem Spiel hindurchtritt. Der im Querschnitt leicht konisch gehaltene Flansch 30 ist durch eine Ausdrehung des Ringeinsatzes 27 gebildet. Die Ausdrehung stellt damit den Abflußraum 29 dar. In diesen Abflußraum 29 greift ein am äußeren Umfang des Ventilkolbens 17 anliegender Abstreifring 33 ein, der in eine dem Abflußraum 29 zugewendete zentrale Aussparung 34 des Führungszylinders 20 eingebettet ist. Am inneren Ende der Zuführbohrung 18 im Ventilzapfen 2 ist eine Ringnut 35 eingedreht, in die ein O-Ring 36 als Dichtungsring eingebettet ist. Abflußseitig wird die Ringnut 35 von der Stirnfläche 37 des

2ö Die Funktion des vorstehend beschriebenen Begrenzungsventils 1 ist wie folgt:

Das in der Zuführbohrung 18 anstehende Druckmedium wirkt über die Stirnfläche 38 des Ventilkolbens 17 auf die Druckfeder 11 (Fig. 1). Mit ansteigendem Druck

ο verschiebt sich dann der Ventilkolbeii 17 so weit gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 11, bis das freie Ende 32 des Ventilkolbens 17 gerade den Dichtungsring 36 passiert hi L. Damit kann das Druckmedium über den Spalt 39 zwischen dem Ventilkolben 17 und dem Flansch 30 des Ringeinsatzes 27, den Abflußraum 29, die Querbohrungen 28 und die damit korrespondierenden Bohrungen 40 im Ventilzapfen 2 ins Freie gelangen (F ig. 2).

Mit steigendem Druck wird der Ventilkolben 17 weiter gegen die Druckfeder 11 verschoben, bis ein maximaler Durchflußquerschnitt freigegeben ist (F ig. 3).

Verringert sich wieder der Druck in der Zuführbohrung 18, so wird der Ventilkolben 17 von der Druckfeder 11 durch den Dichtungsring 36 hindurchgeschoben, so daß die Verbindung zwischen der Zuführbohrung 18 und dem Abflußraum 29 unterbrochen ist

Wie aus den Zeichnungen erkennbar ist wird der Dichtungsring 36 lediglich in die Ringnut 35 eingelegt,

die einerseits durch das Fleisch des Ventilzapfens 2 und andererseits durch den Ringeinsatz 27 begrenzt ist Nun könnte beim Durchfahren des Ventilkolbens 17 (F i g. 2) oder beim Vorbeiströmen großer Flüssigkeitsmengen (F i g. 3) der Dichtungsring 36 aus seiner Lage herausgerissen werden. Um dies zu verhindern, ist eine flüssigkeitsleitende Verbindung in Form eines Spalt: 41 zwischen der Ringnut 35 und den Querbohrungen 28 vorgesehen. Da bei druckbeaufschlagtem Ventil auch die Ringnut 35 unter Druck steht während die Querbohrungen 28 beziehungsweise der Abflußraum 29 drucklos sind, hat der Dichtungsring 36 das Bestreben, nicht nur zwischen Ventilkolben 17 und dem Spalt 39 zwischen dem Ventilkolben 17 und dem Flansch 30 des Ringeinsatzes 27, sondern auch den Spalt 41 zwischen der Ringnut 35 und dem Abflußraum 29 abzudichten. Beim Abheben des Ventilkolbens 17 vom Dichtungsring wird dieser somit durch das Druckgefälle zwischen der Ringnut 35 und dem Abflußräum 29 weiterhin gegen den Spalt 41 der flüssigkeitsleitenden Verbindung gedrückt und dadurch in jedem Arbeitsbereich in dieser Lage festgehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Druckbegrenzungsventil für mit Öl-Wasser-Emulsionen betriebene Stempel des untertägigen Grubenausbaus, das einen in Axialrichtung eines patronenartigen Ventilgehäuses verschieblich geführten und in der Bereitschaftslage durch eine einstellbare Druckfeder in einer mit dem Druckraum der Schubkolbeneinheit in Verbindung stehenden Zuführbohrung des Ventilgehäuses positionierten, mittels eines in eine Ringnute der Zuführbohrung eingebetteten Dichtungsrings gegen den Abflußraum abgedichteten Ventilkolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die abflußseitige Stirnfläche (37) der den Dichtungsring (36) aufnehmenden Ringnute (35) Bestandteil eines mit quergerichteten Abflußbohrungen (28) versehenen Ringeinsatzes (27) ist, welcher unter umfangsseiiiger Spaltbildung (41) durch eine gegen den Abflußraum (29) abgedKiUete Kolbenführung (19) im Abflußraum (23) festgelegt ist.

2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abflußseitige Stirnfläche (37) der Ringnut (35) durch einen radial einwärts gerichteten kreisringförmigen Flansch (30) des Ringeinsatzes (27) gebildet ist.

3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Flanschbohrung (31) etwa dem Innendurchmesser des Dichtungsrings (36) entspricht

4. Druckt *grenzungsventü nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenführung (19) durch einen im Ventilgehäuse (6) festgelegten Zylinder (20) mit Deckel (21) geb'Jdet ist, der in einer dem Abflußraum (29) zugewendeten zentralen Aussparung (34) einen den Ventilkolben (17) umfassenden Abstreifring (33) trägt

5. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (24,25) für den Ventilkolben (17) durch Materialpaarungen mit guten Notlaufeigenschaften gebildet sind.

6. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (17) einen im Führungszylinder (20) gleitenden Doppelkonus aufweist und endseitig des Zylinders (20) Puffer (23) angeordnet sind.

7. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer (23) durch O-Ringe gebildet sind.