<Desc/Clms Page number 1>
Selbsttätiges Verdichterventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätiges Verdichterventil mit einer zwischen Ventilsitz und Fänger angeordneten elastischen Ventilplatte, die aus durch Radialstege verbundenen konzentrischen Ringen besteht.
Die Verschlussorgane selbsttätiger Verdichterventile schlagen bekanntlich am Ende der Öffnungsund Schliessbewegung gegen ihre Hubbegrenzer, beim Öffnen des Ventils gegen den Fänger und beim Schliessen gegen den Ventilsitz, mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit an. Dies ist besonders bei hohen Drehzahlen, hohen Drücken und grossen Ventilhüben der Fall. Aber auch bei Saugventilen, deren Schliessen für Regelungszwecke verzögert wird, treten beträchtliche Aufschlaggeschwindigkeiten auf.
Durch dieses heftige Aufschlagen ergeben sich erhebliche Beanspruchungen und Abnutzungen der beteiligten Bauteile, so dass diese oft nur eine ungenügende Lebensdauer aufweisen und frühzeitig brechen.
Zur Vermeidung von Plattenbrüchen ist es bereits bekannt, die harten Aufschläge der Ventilplatten auf den Fänger durch den Einbau eigener Polster- und Dämpferplatten od. dgl. zu dämpfen. Diese Massnahme erfordert jedoch die zusätzliche Anordnung von Ventilteilen und kann ausserdem zur Schliessschlagdämpfung nicht ohne weiteres herangezogen werden, da zufolge der Abdichtung zwischen der Ventilplatte und dem Ventilsitz das Dazwischenschalten von eigenen Dämpfungsorganen an dieser Stelle unmöglich oder zumindest sehr schwierig ist. Hingegen hat sich die Verwendung von sich während der Hubbewegung elastisch verformenden Ventilplatten auch zur Schliessschlagdämpfung verhältnismässig gut bewährt.
Nach einer bekannten Ausführung dieser Art ist die Ventilplatte durch radiale Einschnitte in Sektoren unterteilt, denen eigene Federelemente zugeordnet sind. Ferner ist eine Ausführung bekannt, bei der die Ventilplatte nur entlang eines einzigen Durchmessers mit Verbindungsstegen versehen und auch nur entlang dieses Durchmessers federbelastet ist. Diese Massnahmen erfordern jedoch erhebliche Änderungen der bisher gebräuchlichen Ventiltypen oder sie sind nicht überall mit Vorteil anwendbar.
Zur Verhinderung von Plattenbrüchen wird daher gewöhnlich entweder die Plattendicke vergrössert oder der Hub des Ventils verringert. Beide Massnahmen sind jedoch gleichermassen nachteilig, weil die Vergrösserung der Plattendicke zugleich auch eine Vergrösserung der Masse mit sich bringt und die Verringerung des Hubes zu einer Verkleinerung des Durchströmquerschnittes des Ventils führt.
Die Erfindung geht nun einen andern Weg und besteht darin, dass der Hub, der für die Bewegungen der Ventilplatte zwischen dem Ventilsitz und dem Fänger vorgesehen ist, am aussen liegenden Rand der Ventilplatte kleiner ist als im Bereich der weiter innen liegenden konzentrischen Ringe derselben. Durch diese Ausbildung des Ventils werden die Nachteile der beim Auftreten von Plattenbrüchen bisher angewendeten Massnahmen beseitigt, da weder eine Vergrösserung der Plattenmasse noch eine Verkleinerung des Durchströmquerschnittes auftritt. Der Verkleinerung des Hubes am aussen liegenden Plattenrand, der erfahrungsgemäss am meisten bruchgefährdet ist, steht eine Vergrösserung des Hubes im innen liegenden Bereich des Ventils gegenüber, so dass der Durchströmquerschnitt insgesamt unverändert bleibt. Die Lebensdauer der Ventilplatte wird dadurch erheblich vergrössert.
Bei Ventilen mit ausreichender Lebensdauer der Ventilplatte kann hingegen mit Hilfe der erfindungsgemässen Ausbildung eine Vergrösserung
<Desc/Clms Page number 2>
desDurchströmquerschnitteserzicItwerden, u. zw. durch Beibehaltung des Hubes am Aussenrand der Platte bei gleichzeitiger Vergrösserung des Hubes im Bereich der weiter innen liegenden Ringe der Ventilplatte. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die mit ihrem Aussenrand zuerst auf die Hubbegrenzungsflächen auftreffende Ventilplatte in ihrem innen liegenden Bereich verwölbt wird, wodurch die Aufschläge gedämpft werden.
Es ist zwar schon bekannt, den Hub der Ventilplatte am Aussenrand derselben grösser als im weiter innen liegenden Bereich auszuführen. Dabei ist der Fänger mit einer konvexen Anschlagfläche für die Ventilplatte versehen, wogegen der Ventilsitz eben ausgebildet ist. Die Ventilplatte ist mittels einer Nabe zwischen dem Ventilsitz und dem Fänger fest eingespannt. Bei diesem bekannten Ventil führt somit gerade der am meisten bruchgefährdete Rand der Ventilplatte den grössten Hub aus.
Ausserdem ist ein Ventil mit nach einer Kugelfläche gewölbtem, plattenförmigem Verschlussorgan bekannt, bei dem die mit dem Verschlussorgan zusammenwirkenden Sitz- und Fängerflächen in gleicher Art wie das Verschlussorgan gewölbt sind. Die Ventilsitzfläche und das Verschlussorgan sind nach verschiedenen Radien gekrümmt, so dass beim Anschmiegen des Verschlussorgans an die Sitzfläche elastische Spannungen im Verschlussorganentstehen. Dadurch soll ein Abreissen oder Emporschnellen des Verschlussorgans von seinem Sitz erfolgen und eine Adhäsion am Sitz aufgehoben werden. Bei diesem bekannten Ventil ist jedoch der für das Verschlussorgan zur Verfügung stehende Hub über den gesamten Ventilquerschnitt gleich gross.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der ungleichmässig grosse Hub vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass die Ventilplatte am aussen liegenden Rand dicker ist als im Bereich der weiter innen liegenden konzentrischen Ringe, vorzugsweise wenigstens auf einer Seite konkav ausgebildet, z. B. kegelig oder kugelförmig ausgeschliffen ist. Die mit der Ventilplatte zusammenwirkenden Flächen des Ventilsitzes und des Fängers können dabei in üblicher Weise eben ausgebildet sein.
Eine weitere Verbesserung kann erfindungsgemäss durch von aussen nach innen zunehmend breitere Ausbildung der einzelnen konzentrischen Ringe der Ventilplatte und der diesen zugeordneten Durchströmkanäle erzielt werden, u. zw. hinsichtlich des Durchströmquerschnittes, weil dadurch die Vergrösserung des Plattenhubes im innen liegenden Bereich des Ventils durch entsprechende Vergrösserung der Durchströmkanäle im Ventilsitz und im Fänger berücksichtigt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die eine Fläche der Ventilplatte konkav und die andere Fläche eben ausgebildet ist. und dass die mit der ebenen Fläche der Ventilplatte zusammenwirkende Fläche des Ventilsitzes oder des Fängers ebenfalls konkav ausgebildet ist, während die der konkaven Fläche der Ventilplatte zugekehrte Fläche des Ventilsitzes oder des Fängers eben ist. Dadurch werden durch Anordnung von nur zwei konkav ausgebildeten Flächen sowohl die Aufschläge der Ventilplatte am Fänger als auch diejenigen am Ventilsitz gedämpft.
Die Belastung der Ventilplatte in Schliessrichtung kann entweder durch Schraubenfedern oder durch Federplatten erfolgen. Dabei hat sich als zweckmässig erwiesen, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die spezifische Federbelastung der Ventilplatte im Bereich ihres Randes kleiner als in ihrem weiter innen liegenden Bereich zu wählen. Dadurch wird beim Vorhandensein einer konkaven Fläche zwischen Ventilplatte und Ventilsitz ein vollständiges und rasches Abdichten des Ventils sichergestellt, weil die Plattenmitte durch die Federn und den Plattenrand zufolge der Biegesteifigkeit der Ventilplatte fest an den Ventilsitz angedrückt wird.
Die Dämpfung des Aufschlagen der Ventilplatte auf den Ventilsitz infolge ihrer Eigenfederung ist insbesondere auch für Saugventile von Vorteil, deren Verschlussorgan zum Zweck der Leistungsregelung durch Offenhaltekräfte zum Spätschluss gezwungen werden, da hiebei erhöhte Schlagbeanspruchungen auftreten. In einem solchen Fall werden bei auf der dem Ventilsitz zugekehrten Seite konkav ausgebildeter Ventilplatte zweckmässig die auf die Ventilplatte einwirkenden Endflächen der Abhebeorgane in einer der konkaven Fläche der Ventilplatte entsprechend gewölbten Fläche liegen, damit die Ventilplatte durch die Abhebeorgane nicht verwölbt wird, wodurch sie mit ihrer ganzen Fläche hart auf den ebenen Ventilsitz aufschlagen würde. Die Abhebeorgane können jedoch in einer Ebene liegende Endflächen aufweisen, wenn der Ventilsitz konkav ausgebildet ist.
Bei Verwendung von sogenannten Stiftgreifern zum Abheben der Ventilplatte, wobei die einzelnen Stifte durch eigene Federn unabhängig voneinander belastet sind, kann es jedoch vorteilhaft sein, die Federn der Stifte ungleich stark auszubilden, um eine Verwölbung der Ventilplatte durch die Stifte zu erreichen, damit die Ventilplatte auch bei ebener Ausbildung und bei ebenem Ventilsitz mit ihrem Rand zuerst auf den Ventilsitz auftrifft.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus-
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
weise Ausführungsform des erfindungsgemässen Verdichterventils im axialen Mittelschnitt und Fig. 2 einen Schnitt durch die zugehörige Ventilplatte in grösserem Massstab. In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ventilplatte, in Fig. 4 eine Variante des Ventilsitzes und in Fig. 5 eine geänderte Ausführungsform des Fängers jeweils im Schnitt dargestellt.
In den Ausführungsbeispielen ist der Ventilsitz mit 1, der Fänger mit 2 und die Ventilplatte mit 3 bezeichnet. Die Ventilplatte 3 besteht in bekannter Weise aus konzentrischen Ringen, die durch radiale Stege verbunden sind. Eine Zentralschraube 4 mit der Mutter 5 verbindet den Ventilsitz 1 und den Fänger 2, wobei zwischen diese beiden Teile Distanzringe eingelegt sind, um sie im Abstand voneinander zu halten und eine Hubbewegung der Ventilplatte 3 zu ermöglichen.
Gemäss Fig. 1 sind zwei sogenannte Hubbeilagen 6 und 7 vorgesehen, zwischen denen die Nabe 8 der Ventilplatte 3 fest eingespannt ist. Die Ventilplatte 3 ist hier mittels elastischer Lenkerarme 9, die mit einem Ende am innersten Ring der Ventilplatte und mit ihrem andem Ende an der Nabe 8 angreifen, reibungsfrei geführt. Es kann aber auch zwischen dem Ventilsitz 1 und dem Fänger 2 lediglich ein einziger Führungsring 10 vorgesehen sein, an dessen zylindrischem Mantel die Ventilplatte 3 gleitend geführt ist. Für den Durchtritt des Mediums sind im Ventilsitz 1 Durchströmkanäle 11 und im Fänger 2 Durchströmkanäle 12 vorgesehen. Zur Belastung der Ventilplatte 3 dienen Schraubenfedern 13, die in Federnestem 14 des Fängers 2 sitzen.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die dem Ventilsitz 1 zugekehrte Fläche der Ventilplatte 3 konkav ausgebildet, während die ihr zugekehrte Fläche des Ventilsitzes 1, die gegenüberliegende Fläche der Ventilplatte 3 und die Anschlagfläche des Fängers 2 eben ausgebildet sind. Die Ausnehmung selbst in Fig. 1 nicht zu erkennen, weil die Ventilplatte 3 durch die Federn 13 unter Ausnutzung ihrer Eigenelastizität fest an den Ventilsitz angedrückt ist. In Fig. 2 ist die Ausnehmung jedoch deutlich zu sehen und mit 15 bezeichnet. Durch diese konkave Ausbildung wird erreicht, dass die Ventilplatte 3 während des Arbeitens des Ventils zuerst mit ihrem Aussenrand auf den Ventilsitz 1 auftrifft und erst hierauf durch die Kraft der Belastungsfedern und des hindurchströmenden Mediums auch mit ihrem Mittelteil an den Ventilsitz angepresst wird.
Die hiebei auftretende ela- stische Verformung der Ventilplatte 3 bewirkt eine Dämpfung des Aufschlages derselben auf den Ventilsitz 1. Wie in Fig. 1 weiterhin gezeigt ist, kanndie Ventilplatte 3 zur Gewährleistung einer sicheren Abdichtung in ihrem innen liegenden Bereich stärker federbelastet sein als im Bereich ihres Aussenumfanges, was durch verschieden grosse Darstellung der Federn 13 veranschaulicht ist.
Die in Fig. 3 gezeigte Ventilplatte 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch, dass beide Flächen der Ventilplatte konkav ausgebildet sind. Die beiden Ausnehmungen sind mit 15 und 15'bezeichnet. Bei in ein Ventil eingebauter Ventilplatte 3 ist z. B. die Ausnehmung 15 dem Ventilsitz 1 und die Ausnehmung 15'dem Fänger 2 zugekehrt. Dadurch werden die Aufschläge sowohl auf den Ventilsitz 1 als auch auf den Fänger 2 durch elastische Verformung der Ventilplatte 3 gedämpft. Gemäss Fig. 4 ist in der der Ventilplatte 3 zugekehrten Fläche desVentilsitzes 1 eineAusnehmung 16 vorgesehen und in Fig. 5 ist ein Fänger 2 mit einer Ausnehmung 17 gezeigt.
Die Ausnehmungen 16 und 17 haben im wesentlichen die gleiche Wirkung wie die Ausnehmungen 15, 15' in der Ventilplatte und bewirken ebenfalls, dass die Ventilplatte zunächst im Bereich ihres Umfanges anschlägt und sich hierauf unter elastischer Verformung mit ihrem mittleren Bereich an die konkave Fläche anlegt.
Zur Erzielung einer Schlagdämpfung ist es lediglich erforderlich, eine der aufeinanderschlagenden Flächen mit einer Ausnehmung zu versehen. Es ist aber auch möglich, beide Flächen konkav auszubilden, wobei dann zur Erzielung eines gewünschten Effektes die Tiefe der Ausnehmungen entsprechend kleiner sein kann. Die in den Fig. 2-5 gezeigten Massnahmen können somit sowohl je für sich allein als auch in beliebiger Kombination mit Vorteil angewendet werden.
Die Herstellung der Ausnehmungen 15-17 ist auf verhältnismässig einfache Weise möglich.
Beispielsweisekann dies durch konzentrisches Ausschleifen oder Ausdrehen erfolgen. Bei der Ventilplatte besteht noch die weitere Möglichkeit, diese unter Ausnutzung ihrer elastischen Verformbarkeit auf eine kegelig konvexe Unterlage festzuspannen oder auf ein entsprechend geformtes Magnetfutter aufzulegen, worauf die Ausnehmung durch ebenes Überschleifen erhalten werden kann. Bei konkaver Ausbildung wenigstens einer Fläche der Ventilplatte kann im Falle von Ventilplatten mit Eigenlenkern auch das sonst notwendige Ausschleifen der Lenker zur Vergrösserung ihrer Elastizität entfallen, weil die Dicke der Lenker 9 (Fig. 2) durch die Ausnehmung 15 ausreichend vermindert ist.
Die Tiefe der Ausnehmungen ist von der Ventiltype, der Grösse des Ventils und den Arbeitsbedingungen abhängig und beträgt gewöhnlich nur wenige Zehntel eines Millimeters. Bei Ventilplatten mit
<Desc/Clms Page number 4>
einer Stärke von 1, 2 mm hat sich beispielsweise ein Ausschliff in der Grössenordnung von 0, 3 bis 0. 5 mm auf einer Seite der Ventilplatte als zweckmässig erwiesen. Wenn die Ventilplatte auf beiden Seiten ausgeschliffen ist, wird die Tiefe der Ausnehmungen zweckmässig nur je 0, 2-0, 3 mm betragen. Erforderlichenfalls kann dann durch konkave Ausbildung auch der Aufschlagflächen der Ventilplatten das für die elastische Durchbiegung des mittleren Bereiches derselben zur Verfügung stehende Spiel entsprechend vergrössert werden. Unter normalen Voraussetzungen hat sich ein Spiel von insgesamt 0, 3 bis 0, 8 mm bewährt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbsttätiges Verdichterventil mit einer zwischen Ventilsitz und Fänger angeordneten elastischen Ventilplatte, die aus durch Radialstege verbundenen konzentrischen Ringen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub, der für die Bewegungen der Ventilplatte (3) zwischen dem Ventilsitz (1) und dem Fänger (2) vorgesehen ist, am aussen liegenden Rand der Ventilplatte (3) kleiner ist als im Bereich der weiter innen liegenden konzentrischen Ringe derselben.