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Selbsttätiges Mehrringventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätiges Mehrringventil, insbesondere für Kolbenverdichter, mit im Sitz und im Fänger konzentrisch angeordneten ringförmigen Durchströmkanälen, wobei zwischen Sitz und Fänger eine Ventilplatte und wenigstens eine Federplatte vorgesehen sind.
Ventile dieser Art sind bereits bekannt und werden vor allem bei Kolbenverdichtern häufig verwendet.
Sowohl die Ventilplatte als auch die Federplatte bzw. die Federplatten bestehen dabei je aus einer einteiligen aus konzentrischen Ringen mit radialen Verbindungsstegen gebildeten Schlitzplatte und der Grundriss der Federplatte ist jenem der Ventilplatte ungefähr gleich. Gewöhnlich sind die konzentrischen Ringe der Federplatten an mehreren Stellen radial aufgetrennt und die so entstehenden bogenförmigen Arme nach Bedarf senkrecht zur Plattenebene aufgebogen.
Diese Federarme sind, insbesondere bei raschlaufenden Verdichtern, nicht nur statisch sondern auch dynamisch, u. zw. durch die Offnungsschläge der Ventilplatte und durch Schwingungen, sehr hoch beansprucht und die dadurch bedingten Brüche ziehen, wenn sie nicht rasch bemerkt und beseitigt werden, meist auch Brüche der Ventilplatte und Beschädigungen des Verdichters nach sich.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden bei Ventilen, deren Verschlussorgane aus einzelnen, voneinander getrennten Ringen bestehen, sogenannte Sinusfedern verwendet, die aus nach einer Zylinderfläche gewölbten Ringen aus Stahlblech gebildet sind, wobei die Zylindererzeugenden parallel zu einem Ringdurchmesser verlaufen. Solche Sinusfedern haben sich bei Ventilen mit nur einem Ringkanal im Ventilsitz gut bewährt, wogegen bei mehreren Kanälen die erforderliche eigene Führung für jeden einzelnen Ventilbzw. Federplattenring nachteilig ist.
Bei Mehrringventilen mit einer allen Ringkanälen gemeinsamen, einteiligen Schlitzplatte als Verschlussorgan konnte sich eine den Sinusfedern analoge Befederung mittels zylindrisch gewölbter, federnder Schlitzplatten mit einem Grundriss ähnlich oder gleich jenem der Ventilplatte nicht einbürgern. Bei versuchsweise verwendeten Federplatten dieser Art ergab sich eine nur geringe Lebensdauer der Platten, wobei zusammen mit der Federplatte auch die Ventilplatte gebrochen ist. Auch eine Verstärkung der Ventilplatte, deren Bruch weit unangenehmer ist als Brüche der Federplatten, führt ebenfalls nicht zum Ziel, weil die Federplatte schon nach kurzer Laufzeit des Ventils zerstört, vermutlich durch die schwerere Ventilplatte zerschlagen wird.
Die Erfindung vermeidet nunmehr die Nachteile der bekannten Ausführungen und besteht in der Kombination der je für sich bekannten Merkmale, dass sowohl die Ventilplatte als auch die Federplatte bzw. die Federplatten je aus einer einteiligen, aus konzentrischen Ringen mit radialen Verbindungsstegen gebildeten Schlitzplatte bestehen, und dass jede Federplatte zylindrisch gewölbt ist sowie ungefähr die gleiche Stärke wie die Ventilplatte besitzt. Dadurch werden einerseits verhältnismässig leicht brechende, aus der Ventilplatte herausgebogene Federarme vermieden und wird anderseits auch die Bruchgefahr der Schlitzplatten bei Mehrringventilen mit zylindrisch gewölbten Federplatten beseitigt. Das erfindunggemässe Mehrringventil zeichnet sich somit durch erhöhte Lebensdauer aus und ist insbesondere auch für schnellaufende Kolbenverdichter geeignet.
Die Massnahme, die Ventilplatte und die Federplatte ungefähr in der gleichen Stärke auszubilden, ist bisher nur bei sogenannten Einringventilen bekanntgeworden, bei denen nur ein einziger Ringkanal vorgesehen ist und sowohl die Ventilplatte als auch die Federplatte aus einzelnen Ringen bestehen. Bei den bekannten Mehrringventilen sind dagegen die Federplatten-zumindest im federnden Bereich-gewöhn- lich um ungefähr die Hälfte oder auch um mehr schwächer als die Ventilplatte ausgebildet, weil insbesondere bei zylindrisch gewölbten Federplatten mit einer Verstärkung der Platte naturgemäss auch die Steifigkeit zunimmt, was jedoch häufig unerwünscht ist.
Bei Einringventilen, die meist verhältnismässig klein sind, ist auch die Stärke der Platten von geringerer Bedeutung als bei Mehrringventilen, weil die Schlitzplatten vor allem im Bereich der Verbindungsstege erheblich bruchgefährdeter sind.
In der Zeichnung sind zur näheren Erläuterung der Erfindung zwei Ausführungsbeispiele dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Mehrringventil nach der Erfindung im Axialschnitt, u. zw. in der linken Hälfte in geschlossenem Zustand und in der rechten Hälfte bei teilweise geöffneten Durchströmkanälen. In Fig. 2 ist eine zugehörige Schlitzplatte im Grundriss dargestellt, der hier-abgesehen von der zylindrischen Wölbung
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der Federplatte-für bside Platten gleich ist. Fig. 3 zeigt schliesslich einen Axialschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der mögliche Ventilhub ist in den Fig. 1 und 3 zwecks deutlicher Darstellung stark überhöht gezeichnet.
In beiden Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 3 weisen der Sitz 1 und der Fänger 2 des Ventils je drei konzentrische Kanäle für den Durchtritt des strömenden Mediums auf. Die Sitzkanäle sind durch drei konzentrische Ringe der Ventilplatte 3 verschliessbar, die durch die zylindrisch gewölbte Federplatte 4
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Sitz durch den Führungs- und Abstandsring 5 festgelegt ist, der auch zur Zentrierung bzw. zur Gleitführung der beiden Platten 3 und 4 dient. Eine gegenseitige Verdrehung der Teile 1-4 wird in bekannter Weise durch einen nicht dargestellten Führungsstift verhindert, der die Platten 3, 4 durchsetzt, die mit einer aus Fig. 2 ersichtlichen Bohrung 6 versehen sind.
Die genannten Teile des Ventils werden durch die Mittelschraube 7, die mit einer Beilag-oder Sicherungsscheibe < ? und einer Mutter 9 versehen ist, zusammengehalten.
Wie aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, besitzt die zylindrisch gewölbte Federplatte 4 ungefähr die gleiche Stärke wie die Ventilplatte 3. Diese Angleichung der Plattenstärke kann natürlich durch Verringerung der Ventilplattendicke, z. B. bei Ventilen für niedrige Drücke und hohe Drehzahlen, oder durch Verstärkung der Federplatten gegenüber bekannten Ausführungen erfolgen, wobei die letztere Variante etwa bei höheren Drücken vorteilhaft ist.
Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen können die Federplatten und kann auch die Ventilplatte in an sich bekannter Weise durch federnde Lenker reibungsfrei geführt sein, was insbesondere bei ungeschmierten Verdichtern zweckmässig ist, und es können in das Ventil erforderlichenfalls auch zusätzlich an sich bekannte Schrauben- oder Flachfedern eingebaut werden, die vorzugsweise im Bereich der Plattenstege angreifen.
Die Arbeitsweise der beiden dargestellten Ventile ist ohne weiters verständlich. Bei der Anordnung der Federplatte gemäss Fig. 1 werden nach dem Auftreten eines von unten nach oben wirkenden Überdruckes zunächst die linken und rechten Randteile der Ventilplatte 3 klappenähnlich angehoben und erst später auch die mittleren Teile, wie dies die rechte Bildhälfte zeigt. Erst während des späteren Bewegungsverlaufs bzw. bei allenfalls weiterer Steigerung des Überdruckes werden zuerst die Seitenteile der Ventilplatte, anschliessend auch die mittleren Teile der Ventil- und der Federplatte voll öffnen und schliesslich die Strecklage am Fänger erreichen, wonach durchwegs der gleiche Hubspalt für die Strömung frei ist.
Die Rückbewegung erfolgt natürlich in der umgekehrten Reihenfolge.
Bei dem Ventil nach Fig. 3 wird beim Öffnen zunächst, vgl. die rechte Bildhälfte, der mittlere Teil der Ventilplatte 3 angehoben, während die seitlichen Teile nachfolgen.
Jede der beiden Anordnungen, die man sogar bei ein und demselben Ventil durch Umdrehen der Federplatte 4 ineinander überführen kann, besitzt gewisse Vorzüge : Bei jener nach Fig. 1 tritt merkliche Reibung nur zwischen der Federplatte 4 und dem verhältnismässig robusten Fänger 2 auf und die Kraft- übertragung zwischen Ventil- und Federplatte erfolgt längs eines Durchmessers. Bei Ventilen nach Fig. 3 ist die mitbewegte Federmasse etwas kleiner, was für höchste Drehzahlen ausschlaggebend sein kann. Dagegen erfolgt die Kraftübertragung zwischen Ventil- und Federplatte nur an zwei Punkten, die ausserdem gegeneinander gleiten. Bei beiden Anordnungen sind jedoch die Führungen 5 und 6 zufolge der Symmetrie der Federkräfte praktisch reibungsentlastet.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind auch keinerlei bruchgefährdete Federarme vorhanden. Überdies wirkt sich das besprochene allmähliche Öffnen und Schliessen des Ventils sehr mildernd auf die Schläge und Geräusche aus.
Die gezeichneten Anordnungen lassen sich leicht und vielfach abwandeln. Man kann z. B. mehrere Federplatten parallel einbauen oder aber auch abwechselnd mit gekreuzter Achse die hohlen Seiten einander zukehrend, so wie dies von den Sinusfedern her bekannt ist. Weitere Anpassungsmöglichkeiten gründen auf der verschiedenen Wölbungshöhe und-form der Federplatten. Die Erfindung kann natürlich auch bei konzentrischen Ventilkombinationen benutzt werden und stellt auch dort durch die geringere Bruchanfälligkeit einen sehr willkommenen Fortschritt dar.