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Dokumentenidentifikation DE102004061075A1 08.06.2006
Titel Druckbegrenzungsventil mit Strömungsregulator
Anmelder Voß, Wolfgang, 58239 Schwerte, DE
Erfinder Voß, Wolfgang, 58239 Schwerte, DE
Vertreter Schulte & Schulte, 45219 Essen
DE-Anmeldedatum 18.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004061075
Offenlegungstag 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse E21D 23/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16K 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Für den Einsatz vor allem im untertägigen Steinkohlenbergbau ist ein Druckbegrenzungsventil 1 vorgesehen, das mit einem Strömungsregulator in Form einer Beruhigungsstrecke 10 ausgerüstet ist. Diese Beruhigungsstrecke 10 sorgt dafür, dass die den Hydraulikstempel verlassende Hydraulikflüssigkeit in Form einer turbulenten Strömung rechtzeitig vor Passieren des Verschließelementes 7 geglättet wird, sodass eine Zerstörung oder negative Beeinflussung des Druckbegrenzungsventils 1 ausgeschlossen ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Druckbegrenzungsventil für Hydraulikstempel, insbesondere für im untertägigen Bergbau in Streb und Strecke eingesetzte Hydraulikstempel, wobei das Ventilgehäuse an der Ventileingangsseite über einen vorstehenden Ventilanschluss zum Anschluss an das korrespondierende Anschlussgegenstück des Hydraulikstempels oder eine andere Verbindungstechnik und über ein in einer Ventilbohrung im Ventilgehäuse verschiebbares und dabei die Ventileingangsseite mit der Ventilausgangsseite verbindendes Verschließelement verfügt.

Derartige Druckbegrenzungsventile werden vor allem im untertägigen Steinkohlenbergbau den zum Einsatz kommenden Hydraulikstempeln zugeordnet, um sie gegen plötzliche Überlast zu schützen. Eine solche Überlast kann auftreten, wenn sich das Gebirge plötzlich setzt, sodass der Innendruck im Hydraulikstempel in sehr kurzer Zeit so erheblich ansteigt, dass eine Beschädigung zu befürchten ist. Über das Druckbegrenzungsventil wird eine ausreichend schnelle Entlastung sichergestellt, wobei das Druckbegrenzungsventil über die Ventilfeder so eingestellt werden kann, dass die Ansprechschwelle des Druckbegrenzungsventils genau vorgegeben ist. Im untertägigen Steinkohlenbergbau aber auch in anderen Bereichen werden solche Hydraulikstempel als Einzelstempel oder auch in Gestellen eingesetzt, wobei solche Gestelle einen erheblichen Wert darstellen, sodass ihre Zerstörung oder Beeinträchtigung noch einen höheren Schaden darstellt als bei Einzelstempeln. Je nach Bauart der Hydraulikstempel kommt es beim Abströmen der Hydraulikflüssigkeit zu Schwingungen, die zu einer turbulenten Strömung führen, die dann das Druckbegrenzungsventil passiert. Durch diese turbulente Strömung wird das in der Ventilbohrung des Ventilgehäuses angeordnete Verschließelement in hohe Frequenzen aufweisende Bewegung versetzt, die entweder zu einer Beeinflussung des Verschließelementes selbst oder zu einer Zerstörung der dort angeordneten Dichtung führt. Aufgrund der zerstörten Dichtung kommt es dann zu Undichtigkeiten, sodass das Druckbegrenzungsventil sein Aufgabe nicht mehr wahrnehmen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckbegrenzungsventil zu schaffen, das von den im Hydraulikstempel beim Einfahren auftretenden und durch die Hydraulikflüssigkeit übertragenen Schwingungen freigehalten wird.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass auf der Ventileingangsseite eine Beruhigungsstrecke vorgesehen ist, die Turbulenzen vor dem eigentlichen Ventil glättet.

Schon der Begriff Beruhigungsstrecke bringt zum Ausdruck, dass es hier darum geht, die in turbulenter Strömung ankommende Hydraulikflüssigkeit so zu verändern bzw. zu „beruhigen", sodass die Hydraulikflüssigkeit anschließend das Druckbegrenzungsventil „geglättet" passiert. Die Hydraulikflüssigkeit kann dann das Verschließelement nur wie vorgesehen gegen die Kraft der Ventilfeder in der Ventilbohrung so verschieben, dass die Austrittsöffnungen des Verschließelementes ein Abströmen der Hydraulikflüssigkeit ermöglichen, sodass Ventileingangsseite und Ventilausgangsseite miteinander verbunden sind. Das Druckbegrenzungsventil funktioniert dann damit entsprechend der Vorgaben und sichert die Hydraulikstempel gegen Überlast wirksam, was dadurch erreicht wird, dass das Ventilverhalten vom Stempelverhalten über die Beruhigungsstrecke getrennt wird. Eine Zerstörung der Dichtung tritt nicht mehr auf.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beruhigungsstrecke unmittelbar vor dem Verschließelement endend und in axialer Richtung zu ihm verlaufend ausgebildet ist. Durch diese besondere Ausbildung der Beruhigungsstrecke ist sichergestellt, dass kein neuer Knotenpunkt bezüglich Turbulenz entsteht oder vorhanden ist, der dann doch unter Umständen wieder dazu führt, dass die Strömung wieder turbulent wird. Die Erfindung lehrt dementsprechend, dass die Beruhigungsstrecke, also die gerade Strecke, bis dicht an das Verschließelement heran ausgebildet und genau auf es ausgerichtet ist, sodass die geglättete Strömung ungehindert bis an bzw. in das Verschließelement geführt werden kann.

Eine einfache und zweckmäßige Anordnung bzw. Positionierung der Beruhigungsstrecke ist die, bei der die Beruhigungsstrecke rohrförmig ausgebildet und in eine Verlängerung des Ventilgehäuses integriert ist. Damit bleibt es dabei, dass das gesamte Druckbegrenzungsventil eine Baueinheit darstellt, die überall dort zum Einsatz kommt, wo entsprechende Schwingungsbelastungen für Druckbegrenzungsventile auftreten können. Diese Ausbildung hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Beruhigungsstrecke genau so angeordnet werden kann und zwar auch bleibend, wie dies weiter vorn beschrieben ist, nämlich unmittelbar vor dem Verschließelement endend und in axialer Richtung zu ihm verlaufend.

Je nach Bauart der Hydraulikstempel kommt es kaum zu den problematischen turbulenten Strömungen am Ausgangsbereich der Hydraulikstempel. Dort kann man also mit Druckbegrenzungsventilen ohne Beruhigungsstrecke arbeiten. Um dies zu ermöglichen, gleichzeitig aber eine einfache Umrüstung auf einen Stromregulator zu schaffen, sieht die Erfindung vor, dass die Beruhigungsstrecke als Kurzrohr ausgebildet ist, das an einem Ende mit einem Anschlussgegenstück und am gegenüberliegenden Ende mit einem Nippel ausgerüstet ist. Dies hat auch noch den zusätzlichen Vorteil, dass unterschiedlich lange Beruhigungsstrecken zum Einsatz kommen können, indem ein entsprechend ausgebildetes Kurzrohr zum Einsatz kommt. Damit kann man einfach den unterschiedlichen Gegebenheiten am Hydraulikstempel genügen bzw. den dort herrschenden Druckverhältnissen. Das erfindungsgemäße Kurzrohr kann aufgrund seiner Ausbildung mit Anschlussgegenstück und Nippel beispielsweise zunächst mit dem eigentlichen Druckbegrenzungsventil verbunden werden, um dann an den Hydraulikstempel angeschlossen zu werden. Anschlussgegenstück und Nippel stimmen so überein, dass ein immer sicheres Verbinden damit möglich ist, wobei darauf hingewiesen wird, dass derartige Anschlussgegenstück-Nippel-Verbindungen im Bergbau im Bereich des Hydraulikausbaus üblich sind.

Die Bauart der Hydraulikstempel sowie sonstige Gegebenheiten erfordern unter Umständen unterschiedlich ausgebildete Beruhigungsstrecken, wobei die Erfindung lehrt, dass die Beruhigungsstrecke eine annähernd laminare Strömung der den Hydraulikstempel verlassenden Hydraulikflüssigkeit erbringend lang und/oder einen entsprechenden Durchmesser aufweisend ausgebildet ist. Damit ist festgehalten, dass unter Berücksichtigung der Gegebenheiten Länge und/oder Durchmesser des die Beruhigungsstrecke bildenden Rohres vorgebend sind.

Es hat sich gezeigt, dass die aufgrund der Schwingungen im Hydraulikstempel entstehende turbulente Strömung durch Leitungsgegebenheiten noch negativ verändert werden kann. Von daher ist es wichtig, die Beruhigungsstrecke dort ansetzen zu lassen, wo sichergestellt ist, dass danach nicht noch wieder neue Knotenpunkte, die Turbulenzen entstehen lassen, vorhanden sind. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Beruhigungsstrecke am Knotenpunkt der größten Turbulenz, vorzugsweise dem Anschlussgegenstück am Hydraulikstempel ansetzt und bis an das Verschließelement heranführend ausgebildet ist. Dabei hat sich gezeigt, dass die Länge des Kurzrohres oder der sonstwie ausgebildeten Beruhigungsstrecke sowohl vom finanziellen wie auch von den Platzbedürfnissen her nur eine geringe zusätzliche Belastung erbringt. Die Beruhigungsstrecke sollte allerdings nicht zu lang sein, denn dann können sich die Turbulenzen bzw. Schwingungen des Hydraulikstempels doch wieder nachteilig bemerkbar machen. Der Fachmann bekommt mit der hier offenbarten Lehre die notwendigen Hinweise, die es ihm ermöglichen, die für den jeweiligen Hydraulikstempel richtige Ausbildung der Beruhigungsstrecke zu ermitteln.

Zur Unterstützung der Glättung der Turbulenzen vor dem Ventil sieht die Erfindung vor, dass die Innenseiten der Beruhigungsstrecke eine in Strömungsrichtung durchgehend glatte Wand ergebend ausgeführt sind. Dementsprechend ist es wichtig, nicht irgendein beliebiges Rohr zu verwenden, sondern eine entsprechend präparierte bzw. bearbeitete Beruhigungsstrecke vorzugeben, deren Wand so glatt wie möglich ist.

Um die Glätte auf den Innenseiten der Beruhigungsstrecke optimal auszubilden, sieht die Erfindung vor, dass die Beruhigungsstrecke innenseitig mit einer glatten, das Entstehen einer annähernd laminaren Strömung unterstützenden Beschichtung versehen ist. Diese Beschichtung aufzubringen kann günstiger und preiswerter sein, als die Innenseite der Beruhigungsstrecke entsprechend zu bearbeiten. Wichtig ist eben, dass damit die Bildung der laminaren Strömung unterstützt wird.

Als besonders wichtig hat sich herausgestellt, dass der Bereich unmittelbar vor dem Verschließelement den Anforderungen optimal genügt, wobei die Erfindung vorsieht, dass die Beschichtung nur im oberen Drittel der Beruhigungsstrecke aufgebracht und zugleich den Schiebeweg des Verschließelements begrenzend ausgebildet ist. Damit ist gleichzeitig erreicht, dass das Verschließelement nur von der Seite der Ventilfeder aus in die Ventilbohrung eingeschoben werden kann und nicht versehentlich in den Bereich des Ventilanschlusses hinab rutscht.

Weiter vorn ist erwähnt worden, dass Übergänge im Bereich vor dem Verschließelement möglichst vermieden werden sollen, weshalb ergänzend erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Beruhigungsstrecke als in die Ventilbohrung übergehende Innenbohrung des verlängert ausgebildeten Einsteckteils des Ventilgehäuses ausgeführt ist. Damit sind Übergänge in diesem Bereich vermieden, auch wenn im oberen Drittel der Beruhigungsstrecke eventuell eine Beschichtung aufgebracht ist. Der Übergang dadurch ist gering und seine Wirkung kann durch die Beschichtung selbst gezielt aufgehoben werden.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Druckbegrenzungsventil geschaffen ist, das unabhängig von der Bauart des Hydraulikstempels, dem es zugeordnet wird, immer funktionstüchtig bleibt, d. h. insbesondere auch dann, wenn sich innerhalb des Hydraukstempels Schwingungen bilden können, die zu einer turbulenten Strömung führen. Durch die gezielte Positionierung und auch Ausbildung der Beruhigungsstrecke ist sichergestellt, dass aufgetretene Turbulenzen gezielt noch vor Eintritt in das Verschließelement geglättet werden, sodass das wichtige Verschließelement selbst völlig unbeeinflusst dadurch bleibt. Es öffnet sich bei Überlast schnell und sicher durch Überfahren der Dichtung, ohne diese selbst zerstören zu können. Auch wenn im Hydraulikstempel turbulente Strömungen bzw. in den Auslässen turbulente Strömungen entstanden sind, bleibt das Verschließelement unbeeinflusst und kann nicht durch entsprechende Schwingungen zu einer Zerstörung der wichtigen Dichtung führen oder sonstige Schäden hervorrufen. Vorteilhaft ist weiter, dass die besondere Ausbildung der Beruhigungsstrecke die Möglichkeit gibt, sie dem Ventilgehäuse unmittelbar zuzuordnen oder aber als Sonderbauteil vorzugeben, das im Bedarfsfalle einem normal ausgebildeten Druckbegrenzungsventil zugeordnet werden kann. Hier erweist es sich als besonders geschickt und vorteilhaft, dass das dann zum Einsatz kommende Kurzrohr bezüglich der Verbindungstechnik genau der Ausführung entspricht, die das Druckbegrenzungsventil bzw. der Hydraulikstempel selbst auch aufweist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

1 eine Ausführung des Druckbegrenzungsventils mit einer die Beruhigungsstrecke aufnehmenden Verlängerung,

2 eine Ausführung eines Druckbegrenzungsventils, bei dem die Beruhigungsstrecke einem Kurzrohr zugeordnet ist,

3 das Kurzrohr neben dem üblichen Druckbegrenzungsventil, also vor dem in 2 gezeigten Koppeln und

4 einen Schnitt durch ein der 1 entsprechendes unteres Gehäuseteil.

Ein für den Einsatz im untertägigen Bergbau, insbesondere Steinkohlenbergbau vorgesehenes Druckbegrenzungsventil 1 zeigt 1. Gezeigt ist das Ventilgehäuse 2 und mit dem auf der Ventileingangsseite 3 angeordneten bzw. ausgebildeten Ventilanschluss 4. Gegenüber der Ventileingangsseite 3 ist die Ventilausgangsseite 6 gekennzeichnet, d. h. der Bereich, aus dem die dem hier nicht gezeigten Hydraulikstempel entströmende Hydraulikflüssigkeit austritt. Hierzu ist es erforderlich, das nur angedeutete Verschließelement 7 aus seinem Sitz herauszudrücken, damit Ventileingangsseite 3 und Ventilausgangsseite 6 miteinander verbunden werden.

2 zeigt eine Ausbildung, bei der die Beruhigungsstrecke 10, die bei der Ausbildung nach 1 der Verlängerung 11 zugeordnet ist, hier ein eigenes Bauteil darstellt. Bezeichnet ist dies als Kurzrohr 12, das an dem Ende 13 eine Muffe 14 zum Anschluss an das Druckbegrenzungsventil 1 aufweist und am gegenüberliegenden Ende 15 einen Nippel 16, mit dem die Verbindung mit dem Hydraulikstempel hergestellt werden kann.

Zur Erläuterung zeigt 3 dann beide Baueinheiten, nämlich das Druckbegrenzungsventil 1 und das Kurzrohr 12 separat, d. h. vor Herstellung einer Verbindung. Diese Verbindung wird über eine in 2 angedeutet Klammer 17 bewirkt, die sich nach dem Einschieben in die Muffe 14 in die Lücke 23 hineinschiebt, sodass dann Druckbegrenzungsventil 1 und Kurzrohr 12 wirksam miteinander verbunden sind bzw. aneinandergekoppelt sind. Im Übrigen wird auch die Verbindung mit dem nicht dargestellten Hydraulikzylinder so bewirkt, wobei dies erfolgt, nachdem der Nippel 16 in das Anschlussgegenstück des Hydraulikstempels eingeschoben ist.

4 schließlich zeigt den unteren Teil eines Druckbegrenzungsventils 1 ähnlich der Darstellung nach 1, bei der nämlich die Beruhigungsstrecke 10 in Form einer Innenbohrung 21 im Einsteckteil 8 verwirklicht ist. Bei einer solchen Ausbildung kann die Innenseite 18 der Beruhigungsstrecke 10 so bearbeitet werden, dass sich eine glatte Wand 19 ergibt, die zur Glättung der Turbulenzen vor dem Ventil beiträgt. Bei der Darstellung nach 4 ist auf die Innenseite 18 eine Beschichtung 20 aufgebracht, die die Bildung der glatten Wand 19 unterstützt bzw. ermöglicht. Dadurch kann dann die in Strömungsrichtung 22 die Innenbohrung 21 passierende Hydraulikflüssigkeit so geführt werden, dass das Verschließelement 7 wie angestrebt von jedweden turbulenten Strömungen bzw. von Schwingungen im Stempel unbeeinflusst bleibt.

Anwendungsbeispiele:

Bei dem Materialprüfungsamt Dortmund sind Versuche durchgeführt worden. Für den Stempeltyp Joy „Dugout" ist am Hydraulikstempelausgang ein Druckbegrenzungsventil Typ DN 12/800 eingesetzt worden. Die nachfolgend wiedergegebene Kurve verdeutlicht, dass unmittelbar vor dem Verschließelement eine turbulente Strömung auftrat, die zu den kurvenmäßig wiedergegeben Schwingungen führte, sodass ein dauerhaft einwandfreier Betrieb des Druckbegrenzungsventils nicht mehr gewährleistet war.

Die nachfolgend wiedergegebenen Kurven der Serie 7 zeigen den Verlauf bei Vorordnung einer Beruhigungsstrecke 10 unmittelbar vor dem Verschließelement 7. Ansonsten sind sowohl der zum Einsatz kommende Stempeltyp wie auch der Ventiltyp identisch.

Die dritte Grafik zeigt den gleichen Stempeltyp, den gleichen Ventiltyp, aber eine größere Belastung, die sich durch den Wert des Einschubes und Durchfluss l/min. darstellt. Die vom Verschließelement 7 ausgeführten Schwingungen sind wesentlich extremer, woraus sich unschwer schließen lässt, dass die Belastung des Verschließelementes 7 bzw. des gesamten Ventils noch wesentlich höher ist.

Die gleichen Werte bezüglich Einschub und Durchfluss waren auch Grundlage bei dem vierten Versuch (Serie 7), nur dass hier wieder dem Druckbegrenzungsventil 1 eine Beruhigungsstrecke 10 vorgeordnet war. Die Kurven zeigen eindeutig, dass wenn überhaupt nur ganz geringe Schwingungen auf das Verschließelement 7 übertragen wurden, die seine Wirkungsweise überhaupt nicht beeinflussen konnten.

Die oben gezeigten und erläuterten Versuche zeigen somit eindeutig, dass und welche Wirkung die vorgeschaltete Beruhigungsstrecke 10 unter normalen und extremen Bedingungen auf das Verschließelement und damit auf das gesamte Druckbegrenzungsventil 1 haben.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.


Anspruch[de]
  1. Druckbegrenzungsventil für Hydraulikstempel, insbesondere für im untertägigen Bergbau in Streb und Strecke eingesetzte Hydraulikstempel, wobei das Ventilgehäuse (2) an der Ventileingangsseite (3) über einen vorstehenden Ventilanschluss (4) zum Anschluss an das korrespondierende Anschlussgegenstück des Hydraulikstempels oder eine andere Verbindungstechnik und über ein in einer Ventilbohrung (5) im Ventilgehäuse (2) verschiebbares und dabei die Ventileingangsseite (3) mit der Ventilausgangsseite (6) verbindendes Verschließelement (7) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ventileingangsseite (3) eine Beruhigungsstrecke (10) vorgesehen ist, die die Turbulenz vor dem eigentlichen Ventil glättet.
  2. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) unmittelbar vor dem Verschließelement (7) endend und in axialer Richtung zu ihm verlaufend ausgebildet ist.
  3. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) rohrförmig ausgebildet und in eine Verlängerung (11) des Ventilgehäuses (2) integriert ist.
  4. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) als Kurzrohr (12) ausgebildet ist, das an einem Ende (13) mit einem Anschlussgegenstück (14) und am gegenüberliegenden Ende (15) mit einem Nippel (16) ausgerüstet ist.
  5. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) eine annähernd laminare Strömung der den Hydraulikstempel verlassenden Hydraulikflüssigkeit erbringend lang und/oder einen entsprechenden Durchmesser aufweisend ausgebildet ist.
  6. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) am Knotenpunkt der größten Turbulenz, vorzugsweise dem Anschlussgegenstück am Hydraulikstempel ansetzt und bis dicht an das Verschließelement (7) heranführend ausgebildet ist.
  7. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten (18) der Beruhigungsstrecke (10) eine in Strömungsrichtung (22) durchgehend glatte Wand (19) ergebend ausgeführt sind.
  8. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) innenseitig mit einer glatten, das Entstehen einer laminaren Strömung unterstützenden Beschichtung (20) versehen ist.
  9. Druckbegrenzungsventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (20) nur im oberen Drittel der Beruhigungsstrecke (10) aufgebracht und zugleich den Schiebeweg des Verschließelementes (7) begrenzend ausgebildet ist.
  10. Druckbegrenzungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beruhigungsstrecke (10) als in die Ventilbohrung (5) übergehende Innenbohrung (21) des verlängert ausgebildeten Einsteckteils (8) des Ventilgehäuses (2) ausgeführt ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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