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Hydraulischer Grubenstempel Grubensternpel werden in verschiedener
Weise mit Hilfe von Druckluft gesetzt. Der Oberstempel ist in der Regel als Kolben
in dem als Druckzylinder dienenden Unterstempel ausgebildet. Der Unterstempel ist
mit Flüssigkeit gefüllt, die beim Einleiten von Druckluft aus dem Preßluftnetz unter
Netzspannung gesetzt wird.
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Bei einer Ausführungsform dieser Preßluftstempel mit Zusatzflüssigkeitsfüllung
wird die Preßluft in den hohlen Oberstempel eingelassen, aus dem sie durch ein mittels
Ventils verschließbares Tauchrohr in den darunterliegenden, zum Teil mit Flüssigkeit
gefüllten, zylinderartig ausgebildeten Unterstempel überströmt und dabei den Oberstempel
zum Setzen hochdrückt. Der hohle Oberstempel ist mit dem Netzdruck erfüllt.
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Wird bei dieser Bauart der Oberstempel von niedergehendetn Hangenden
zu stark belastet, wobei die Spannung im Zylinder entsprechend steigt, so kann bei
Erreichen des Höchstdruckes die Flüssigkeit im Unterstempel die Ventilbelastung
des Tauchrohrventils überwinden, so daß die Flüssigkeit in den hohlen Oberstempel
übertreten und damit der Oberstempel nachgeben kann.
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Da der Netzdruck der Preßluftnetze höchstens 8 atü beträgt,
ist der Anpreßdruck des Oberstempels gegen das Hangende, also der Setzdruck, verhältnismäßig
gering, wenn der Stempel brauchbareAbmessungen erhalten soll.
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Die Nachgiebigkeit des Stempels hängt von der Größe des Luftpolsters
unter dem Oberstempel ab. Weiter ist ein pneumatisch gesetzter hydraulischer Grubenstempel
bekannt, bei welchem der Luftdruck die Flüssigkeit aus einem besonderen Vorratsbehälter
in den Druckzylinder befördert und nach dem Setzen des Stempels die Verbindung zwischen
Vorratsbehälter
und Zylinder abgeriegelt wird. Der Setzdruck ist
aber in diesem Falle auch durch den Netzdruck gegeben, und nach der Abriegelung
ist der Stempel völlig starr, denn der Oberstempel ruht nur auf der im Zylinder
eingeschlossenen Flüssigkeit. Eine beschränkte -Nachgiebigkeit ist aber erwünscht.
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Die Erfindung betrifft einen hydraulisch-pneumatischen Grubenstempel
mit hohlem, druckerfülltem Innenstempel, bei dem das Neue darin besteht, daß der
Inlienstempel als durch einen schwimmenden Kolben einseitig abgeschlossener, mit
Luft hohen Druckes (ioo bis 25o atü) gefüllter Behälter ausgebildet ist.
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Der Stempel wird durch Einpressen von Flüssigkeit in den. als Druckzylinder
ausgebildeten Untersternpel gesetzt. Die entsprechenden Druckpumpen können jeden
gewünschten hohen Druck liefern. Damit kann auch der Setzdruck jede gewünschte Größe
erhalten.
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Der neue Stempel bietet gegenüber den bekannten pneumatischen Stempeln
den Vorteil des hohen Setzdruckes bei verhältnismäßig geringen Abmessungen. Trotzdem
ist er nachgiebig, da bei starkem Gebirgsdruck der Oberstempel unter Erhöhung seines
pnelLimatischen Innendruckes nachgeben und gegen erheblich steigenden Widerstand
etwas einsinken kann.
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Gegenüber mechanischen Grilbenstempeln mit Reibungsschluß hat der
neue Stempel den Vorzug, daß keinerlei Unsicherheiten der Reibungsverhältnisse in
Kauf genommen zu werden brauchen, da keine Setzvorrichtungen benötigt werden; zum
Setzen ist weder ein Vorschlaghammer verwendet, noch werden sonstige grobe Werkzeuge
erforderlich.
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Der Stempel besitzt keine abnehmbaren und dadurch leicht verlorengehende
Teile; die verschleißenden und daher öfters auszuwechselnden Teile sind vermieden.
Er ist im rauhen Betrieb unter Tage zuverlässig und gegen Stöße und sonstige schlechte
Behandlung weitgehend unempfindlich.
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Das Rauben des Stempels erfolgt in bekannter Weise einfach durch Öffnen
eines handbedienten .,',bsperrventils, das auch durch Seilzug od. dgl. aus großer
Entfernung betätigt werden kann.
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Über die genannten Vorteile hinaus erfüllt der Stempel auch eine Aufgabe,
welche sich die Erfindung erstmalig stellt. Bisher geht man für die Arbeitsweise
des Stempels davon aus, daß beim Setzen ein -ewisser Anfangsdruck, eben der Setzt'
ZD druck, erzeugt werden soll, der später durch das zunehmende, sich auf den Stempel
abstützende Han--ende erheblich vergrößert wird.
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In der Tat sind aber die statischen Verhältnisse des Hangenden nicht
immer so eindeutig. Es können sogar - wenn auch geringe - tektonische
Bewegungen des Hangenden im Aufwärtssinne eintreten, die entlastend wirken. Sinkt
das Hangende dann wieder, so werden die Stempel schnell erneut belastet oder überbelastet.
Bei den bekannten Grubenstempeln hört die Unterstützung des Hangenden schon bei
geringen Ausweichbewegungen auf. Meclianische Grubenstempel werden bei nach oben
nachgebendem Hangenden drucklos. Pneumatische Stempel fallen schnell wieder auf
den Setzdruck und darunter ab, so daß sie nicht mehr nennenswert tragen.
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Der neue Stempel arbeitet nicht nur mit dem vielfachen Setzdruck,
verglichen mit bekannten pneuinatisch gesetzten Stempeln, sondern er behält diesen
viel höheren, ohne Schwierigkeit auf 30 t zu treibenden Setzdruck auch bei
Ausweichbewegungen des Hangenden ohne beträchtlichen Abfall bei, da er mit der hohen
Vorspannung des verhältnismäßig großen Luftraumes im Oberstempel arbeitet. Er erfüllt
daher die Aufgabe, auch das ausweichende Hangende ausreichend zu tragen.
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Der hohle, druckerfüllte Innenstempel kann auch ohne den schwimmenden
Kolben ausgeführt werden und weist dann in seinem Innenraum einen Flüssigkeitsvorrat
auf, dessen Menge über Leitungen und ein in diese eingeschaltetes, von außen einstellbares
Ventil durch Flüssigkeit aus dem im Unterstempel angeordneten Druckraum vergrößert
werden kann.
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Der Stempel kann zugleich in einfacher Weise mit einem Überlastungsschutz
versehen sein.
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Die Handpumpe zum Setzen des Stempels wird entweder in den Stempel
unmittelbar eingebaut, oder sie wird mit einer Druck- und Saugleitung mit Schnellverschlüssen
am Stempelunterteil vor dem Setzen von Hand betäti-t. Im letzteren Fall kann die
Handpumpe zum Betrieb schwerer Stempel verwendet werden, die einzelnen Stempel werden
um so leichter.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele schematisch im Längsschnitt
dargestellt.
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Eine besonders einfache Ausführungsform zeigt Abb. i. Im Innern des
Innenstempels i i ist ein Kolben 13 beweglich, der den Luftraum 14 von' Preßwasserraum
15 trennt. Durch Anschläge 16 wird der Kolben 13 in seiner untersten Lage gehalten.
Beim Hochpumpen des Oberstempels durch eine hydraulische Pumpe.bleibt der Kolben
13 zunächst in seiner Lage, da das Luftpolster im Innern des Oberstempels bereits
hoch vorgespannt ist. Er bewegt sich erst nach dem Anlegen des Stempelkopfes an
den Ausbau oder das Hangende, und zwar so lange, bis die Luftspannung dem vorgeschriebenen
Setzdruck für den Stempel entspricht.
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Wird der Gebirgsdruck später größer als der Setzdruck, so kann der
Innenstempel ii unter adiabatischer Zusammendrückung der vorgespannten Luft weiter
ausweichen, so daß damit der Stempel dem Gebirgsdruck nachgibt, ihn abfängt und
vor Zerstörung und plötzlichem Zusammensinken bewahrt bleibt. Eine Veränderung des
Preßwasserinhaltes tritt beim Nachgeben nicht ein. Der Stempeldruck kann mit Hilfe
eines eingebauten Manometers oder einer ähnlichen Anzeigevorrichtung für die innere
Spannung des Luftpolsters oder des Preßwassers angezeigt werden.
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Bei der Ausführung nach Abb. 2 ist am Zylinder ?-o der Untersatz 2
1 und oben der zweiteilige Verschlußring 2:z angebracht, der zur Führung und zur
Hubbegrenzung des hohlen Innenstempels 23 im Zylinder dient. Dieser Innenstempel
trägt oben den
StempelkOpf 24 und ist unten mit einem eingeschraubten
Führungsansatz:25 versehen, an welchem auch die Dichtung 26 angebracht ist.
Der Führungsansatz weist eine Mittelbohrung 27 auf, durch welche das aus
dem Zuführungskanal 28 kommende Preßwasser einströmen kann. Er trifft gegen
den schwiminenden Kolben 29, welcher den Innenraum 3o des Innenstempels
23 nach unten abschließt. In diesem Innenraum befindet sich hochgespannte
Preßluft oder ein anderes vorgespanntes pneurnatisches Mittel, das durch die Mittelöffnulig
3 1 und das Rückschlagventil 32 des schwimmenden Kolbens 29 ein-,geführt
wird. Da der Kolben 29 durch die Dichtun-,i bei' 33 gut abgedichtet ist,
erhält sieh der Luftdruck praktisch unbegrenzt.
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Die freie Außenfläche des InnenstempelS 23
kommt nicht mit der
führenden Lauffläche des Zylinders 20 in Berührung, da der Durchmesser des Innenstempels
kleiller ist als der Zylinder-Innendurchmesser. Verschmutzun-en und Beschädigungeil
der Außenfläche des Innenstempels haben daher keine nachteiligen Wirkungen auf den
Gang des Stempels.
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Die Arbeitsweise des neuen Stempels ist folgende: Wird durch die Bohrung
28 Druckwasser in den Zvlinder 2o eingeführt, so richtet sich der Druck zunäjhst
gegen den schwimmenden Kolben:29, der ihn all die im Innern 30 eingeschlossene
Druckluft weitergibt. Deren Vorspannung ist so hoch, daß der Innenstempel
23 aufwärts bewegt wird. Trifft er mit dein Stempelkopf 2-t gegen das Hangende,
so steigt der hydraulische Druck schnell an, und das Nachpumpen wird eingestellt,
sobald der gewünschte Setzdruck erzielt ist, was mit Hilfe eines Manoineters oder
eines sonstigen Anzeigegerätes festgestellt werden kann. Der Setzdruck liegt z.
B. zwischen io und 30 t. Steigt null der Gebirgsdruck, so kann, ehe ein gefährlicher
Wert erreicht wird, der Innenstempel 23 mit dem Stempelkopf 24 absinken,
wobei er die Luft im Innenraum 3o noch weiter komprimiert, also Widerstand bietet
und nicht etwa zusammenbricht. Im Preßwasservolumen tritt. dabei keine Änderung
auf. Der Wasserdruck entspricht dem Luftdruck; die Nachgiebigkeit wird praktisch
allein durch den Luftrauni im Innenstempel erreicht. Gibt andererseits das Hangende
nach, so übt der Stempel aktiv den hohen Setzdruck nur ganz unwesentlich vermindert
weiter aus, unterstützt also auch das ausweichende Hangende noch. Der Untersatz
:21 kann als Flüssigkeitsbehälter dienen und außerdem die Pumpe 35, das Handventil
36 und das Manometer 37 enthalten. Man kann aber auch die Pumpe außerhalb
anordnen und sie mit einem Schnellverschluß an den Stempel ankuppeln, um sie nach
dem Setzen des Stempels wieder am nächsten Stempel zu verwenden. Das von Hand zu
betätigende Absperrventil 36 kann beim Rauben auch ferngesteuert werden,
beispielsweise mit Hilfe eines Seilzuges, eines Gestänges od. dgl.
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Nach Abb. 3 kann auch ohne schwimmende Kolben 29 gearbeitet
werden. In diesem Falle führt eine Leitung 4o durch den hohlen liinenstempel
23 zum Stempelkopf, in den das Ventil 41 eingebaut ist. Von der Ventilkammer
geht eine Leitung 42 zum Unterteil des Innenstempels, in dem sich Druckflüssigkeit
befindet. Die Luft im Innenstempel ist wiederum hoch vorgespannt.
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Beim Setzen ist das Ventil -li geschlossen, so daß die in den Zylinder
:2o eingepreßte Flüssigkeit den Innensternpel hochtreibt. Liegt der Stempelkopf
an, so wird das Ventil 41 geöffnet, und bis zur Erreichung des gewünschten Setzdruckes
wird weitergepumpt. Die Druckflüssigkeit fließt durch die Leitungen 40 und 42 in
das Innere des Innenstempels und komprimiert die Luft entsprechend hoch.
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Zum Rauben wird das Ventil 36 geöffnet und durch das Ventil
41 die Flüssigkeit bis zum anfänglichen Spiegel 43 abgelassen. Die versehentliche
U# literschreitung dieses unteren Wasserstandes kann durch eine entsprechende Schwimmerventilanordnung
verhindert werden.
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Auch bei der Ausbildung nach Abb. 3 kann der Innenstenipel
einen geringeren Durchmesser erhalten als der Innenraum des Innensteinpels.