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Ringventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ringventil, insbesondere für Hochdruckverdichter, mit einem zwischen Ventilsitz und Fänger vorgesehenen, durch eine konzentrische Schraubenfeder belasteten Verschlussorgan.
Ringventile dieser Art, bei denen das Verschlussorgan vielfach auch ohne sonstige Führung lediglich durch die konzentrische Belastungsfeder geführt ist, sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Sie zeichnen sich durch einfachen Aufbau und gegebenenfalls durch die reibungsfreie, ohne Verschleiss arbeitende Führung aus. Da diese Ventile jedoch meist bei rasch laufenden Hochdruckverdichtern verwendet werden, trifft das notwendigerweise verhältnismässig stark ausgebildete Verschlussorgan mit gro- sser Geschwindigkeit auf den Fänger auf, so dass zufolge der dabei auftretenden harten Aufschläge sowohl das Verschlussorgan selbst als auch der Fänger grossen Beanspruchungen unterworfen sind. Dabei besteht die Gefahr von Beschädigungen des Ventils und ausserdem verursachen die harten Aufschläge unangenehme Betriebsgeräusche.
Zur Verringerung der Heftigkeit der Aufschläge des Verschlussorgans auf den Fänger ist es bei Venti- len, deren ringförmige Verschlussorgane durch mehrere, über den Umfang des Verschlussorgans verteilt angeordnete Schraubenfedern belastet sind, bereits bekannt, den bei geschlossenem Ventil gemessenen freien Abstand zwischen dem Verschlussorgan und dem Fänger grösser auszubilden als die Differenz zwischen der Länge der Schraubenfeder bei geschlossenem Ventil und ihrer zusammengedrückten Länge bei fest aneinander anliegenden Windungen. Die Federwindungen schlagen dabei während der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans aufeinander, wodurch die Geschwindigkeit das Verschlussorgans vermindert wird, so dass dieses entweder überhaupt nicht oder mit nur noch kleiner Geschwindigkeit auf den Fänger auftrifft.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch durch diese Massnahme keine zufriedenstellende Dämpfung der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans erzielt wird und dass hiebei die Schraubenfedern zufolge des harten Aufeinanderschlagens ihrer Windungen verhältnismässig grossen Belastungen ausgesetzt sind,
Die Erfindung geht nun von diesen bekannten Ausführungen aus und zielt darauf ab, die Öffnungsbewegungen des Verschlussorgans bei einem Ringventil der eingangs genannten Bauart auf einfache und billige Weise zu dämpfen. Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Schraubenfeder wenigstens an einem Ende auf einem elastischen Dämpfungsorgan abgestützt ist.
Vorzugsweise besteht das elastische Dämpfungsorgan aus einer Scheibe aus einem Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen od. dgl. oder aus einem federnden Ring und ist zwischen der Schraubenfeder und dem Fänger und/oder dem Verschlussorgan angeordnet. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung wird eine wirksame Dämpfung der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans erzielt, weil das vorgeseheneDämpfungsorgan sich elastisch verformt, sobald die Windungen der Schraubenfeder aufeinandertreffen und dadurch Öffnungsschläge des Verschlussorgans abfängt.
Bei einer Ausführungsform mit durch die in radialer Richtung unverschiebbar gehaltene Schraubenfeder reibungsfrei geführtem Verschlussorgan ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Dämpfungsorgan im Bereich seines Aussenrandes eine zylindrische Sitzfläche für den Aussenrand der
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Schraubenfeder aufweist und nur im Bereich seines Innenrandes, z. B. am Fänger, fest abgestützt ist. Bei- spielsweise kann das Dämpfungsorgan als tellerfederartig wirkender Ringkörper ausgebildet sein, gegen den sich die Schraubenfeder abstützt und der zwischen der Feder und dem Fänger liegt.
Hiebei wird in vorteilhafter Weise eine Reibung zwischen der Schraubenfeder und ihrer Sitzfläche vermieden, da wäh- rend der weiteren Dämpfung der Öffnungsbewegung bei fest aneinander anliegenden Federwindungen auch die Sitzfläche der Feder mit dieser mitbewegt wird. Eine festere Umklammerung der letzten Federwin- dung durch das elastische Dämpfungsorgan kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch er- zielt werden, dass das elastische Dämpfungsorgan mit von seinem Aussenrand ausgehenden radialen Ein- schnitten versehen ist. Das Dämpfungsorgan wird dadurch nicht nur elastischer, sondern es kann auch zur
Aufnahme der letzten Federwindung etwas aufgespreizt werden.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen axialen Mittelschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Ringventils und die
Fig. 2 und 3 zeigen dazu je ein Detail abgeänderter Ausführungsformen, ebenfalls im axialen Mittel- schnitt. In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform im Schnitt und in Fig. 5 ein Detail im Grundriss dar- gestellt.
Die gezeigten Ausführungsformen bestehen aus einem Ventilsitz 1 und einem Fänger 2, welche Teile mit Hilfe eines Distanzringes 3 im Abstand voneinander angeordnet und durch eine Schrau- be 4 fest verbunden sind, die mit einer Mutter 5 versehen ist. Im Zwischenraum zwischen Ventilsitz 1 und Fänger 2 ist ein Verschlussorgan 7 in Achsrichtung verschiebbar angeordnet, das ringt förmig ausgebildet und durch eine konzentrisch im Ventil vorgesehene Schraubenfeder 8 belastet ist.
Das Ringventil ist derart ausgebildet, dass der bei geschlossenem Ventil gemessene freie Abstand a zwischen dem Verschlussorgan 7 und dem Fänger 2 grösser ist als die Differenz zwischen der Länge der Schraubenfeder 8 bei geschlossenem Ventil und ihrer zusammengedrückten Länge bei fest aneinander anliegenden Windungen. Bei der Hubbewegung wird dadurch ein unmittelbares Aufschlagen des Verschlussorgans 7 auf den Fänger 2 verhindert und durch das Aufeinandertreffen der Windungen der Schraubenfeder 8 die Öffnungsbewegung des Verschlussorgans gedämpft.
Die Schraubenfeder 8 besteht aus hochkant gewickeltem Bandstahl und ist sowohl am Fänger 2 als auch am Verschlussorgan 7 in radialer Richtung unverschiebbar gehalten, so dass sie das Verschlussorgan 7 reibungsfrei führt und weitere Vorkehrungen zur Führung desselben während der Hubbewegung nicht erforderlich sind. Der Distanzring 3 kann allenfalls mit radialen Vorsprüngen 9 versehen sein, die aber in derartigem Abstand vom Verschlussorgan 7 enden, dass sie von diesem beim normalen Arbeiten des Ventils nicht berührt werden. Die radialen Vorsprünge 9 dienen dabei lediglich als Hilfsführung, um beim Aufeinandertreffen der Federwindungen abnormale seitliche Verschiebungen des Verschlussorgans 7 zu vermeiden. Die zwischen den Vorsprüngen 9 verbleibenden Zwischenräume können als Durchströmkanäle für das durch das Ventil hindurchtretende Medium dienen.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1-3 besitzt das ringförmige Verschlussorgan 7 einenUförmigen Ringquerschnitt, dessen axial verlaufende Schenkel ringförmige Fortsätze 10 und 11 bilden, die das Ende der Schraubenfeder 8 umfassen. Ausserdem ist auch der Fänger 2 ringförmig ausgebildet und weist. einen gegen das Verschlussorgan 7 zu offenen Ringraum 12 auf, in welchen die Schraubenfeder 8 hineinragt und sich am Grund desselben abstützt. Die Enden der Schraubenfeder 8 sitzen dabei sowohl am Fänger 2 als auch am Verschlussorgan 7 mit ihrem Innenrand je auf einer Zylinderfläche, die sich in Achsrichtung nur etwa über den Bereich der ersten bzw. letzten Federwindung erstreckt, im Bereich der übrigen Windungen hingegen zurückspringt. Diese Massnahme hat den Zweck, eine reibungsfreie Bewegung der Federwindungen sicherzustellen.
Am Verschlussorgan 7 wird die Sitzfläche für die Schraubenfeder 8 von dem innenliegenden ringförmigen Fortsatz 11 gebildet und am Fänger 2 dient die innere Begrenzungswand des Ringsraumes 12 als Sitzfläche für die Feder. Der aussenliegende ringförmige Fortsatz 10 des Verschlussorgans 7 bildet eine weitere Versteifung desselben und sorgt zusammen mit der äusseren Begrenzungswand des Ringraumes 12 für eine geschützte Anordnung der Schraubenfeder 8.
Zur weiteren Dämpfung der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans 7 ist zwischen der Schraubenfeder 8 und dem Fänger 2 ein elastisches Dämpfungsorgan angeordnet. Gemäss Fig. 2 besteht das Dämpfungsorgan aus einer am Grund des Ringraumes 12 im Fänger 2 liegenden ringförmigen Scheibe. 13 aus elastischem Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen. Zwischen der Scheibe 13 und der Schraubenfeder 8 befindet sich ein Stahlring 14. Bei der etwas abgeänderten Ausführung nach Fig. 3 ist zur Dämpfung ein federnder Stahlring, z. B. eine Tellerfeder 15 vorgesehen, die ebenfalls am Grund des Ringraumes 12 liegt und über den Stahlring 14 die Schrau-
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benfeder 8 abstützt.
Zweckmässig sind die elastische Scheibe 13 und die Tellerfeder 15 erheb- lich steifer als die Schraubenfeder 8, so dass sich beim Öffnen des Verschlussorgans 7 zunächst alle
Windungen der Schraubenfeder aneinanderlegen und erst dann die Scheibe 13 bzw. die Tellerfeder 15 zwecks weiterer Dämpfung der Bewegungen des Verschlussorgans 7 zusammengedrückt wird.
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist der Fänger 2 auf der dem Verschlussorgan 7 zugekehrten Seite eben ausgebildet und zwischen diesem und der Schraubenfeder 8 ein ringförmiges Dämpfungsorgan 16 vorgesehen, das zugleich auch zur Halterung der Schraubenfeder 8 dient. Das Dämpfungsorgan 16 weist zu diesem Zweck im Bereich seines Aussenrandes eine zylindrische Sitzfläche für den Aussenrand der Schraubenfeder 8 auf und ist nur im Bereich seines Innenrandes am Fänger 2 fest abgestützt. Der Innenrand des Dämpfungsorgan 16 wird durch die Schraubenfeder 8 an den Fänger 2 angedrückt, er kann aber auch zwischen dem Fänger 2 und dem Distanzring 3 eingespannt sein.
Das Verschlussorgan 7 besitzt hier nur an seinem Aussenrand einen ringförmigen Fortsatz, auf welchem die Schraubenfeder 8 mit ihrem Aussenrand sitzt und der zugleich auch zur Verstärkung des Verschlussorgans 7 in dem beim Arbeiten am meisten beanspruchten Bereich dient. Das Dämpfungsorgan 16 wirkt dabei tellerfederartig zur weiteren Dämpfung der Öffnungsbewegungen des Verschlussorgans 7, wobei ausserdem eine Reibung zwischen der Schraubenfeder 8 und ihrer Sitzfläche vermieden wird. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann das tellerfederartig wirkende Dämpfungsorgan 16 mit von seinem Aussenrand ausgehenden radialen Einschnitten 17 versehen sein, wodurch seine Elastizität erhöht wird. Ausserdem kann es dabei zur Aufnahme der letzten Federwindung etwas aufgespreizt werden, so dass diese fester umklammert wird.
Im Rahmen der Erfindung sind über die in den Zeichnungen dargestellten Einzelheiten hinausgehende Ausgestaltungen möglich. Beispielsweise kann die Schraubenfeder 8 ganz oder teilweise mit einem Überzug oder mit Auflagen aus weichem Material versehen sein, um die Aufschläge der Federwindungen noch weiter zu dämpfen und die Feder gegen äussere Einflüsse zu schützen. Zu diesem Zweck ist insbesondere ein Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen oder ein Weichmetall wie Kadmium geeignet. Die Erfindung ist auch nicht auf die lediglich beispielsweise dargestellten Einringventile mit einem einzigen ringförmigen Durchströmkanal beschränkt ; sie lässt sich vielmehr auch bei Mehrringventilen mit zwei oder mehreren konzentrisch angeordneten Durchströmkanälen anwenden.
Dabei kann neben der insbesondere auch zur Führung des Verschlussorgans dienenden, konzentrisch im Ventil angeordneten Schraubenfeder auch eine zusätzliche Befederung des Verschlussorgans, beispielsweise durch über den Umfang des Verschlussorgans verteilt angeordnete kleinere Schraubenfedern, vorgesehen sein. Auch in diesem Fall ist wichtig, dass bei der Öffnungsbewegung des Verschlussorgans die Windungen der konzentrischen Schraubenfeder aufeinandertreffen, bevor das Verschlussorgan auf den Fänger aufschlagen kann, so dass durch ein Aufschlagen verursachte hohe Beanspruchungen und Betriebsgeräusche vermieden werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ringventil, insbesondere für Hochdruckverdichter, mit einem zwischen Ventilsitz und Fänger vorgesehenen, durch eine konzentrische Schraubenfeder belasteten Verschlussorgan, wobei der bei geschlossenem Ventil gemessene freie Abstand zwischen dem Verschlussorgan und dem Fänger grösser ist als die Differenz zwischen der Länge der Schraubenfeder bei geschlossenem Ventil und ihrer zusammengedrück" ten Länge bei fest aneinander anliegenden Windungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (8) wenigstens an einem Ende auf einem elastischen Dämpfungsorgan (13,15, 16) abgestützt ist.