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Die Erfindung bezieht sich auf eine plattenförmige Schliessfeder für Verdichterventile, mit wenigstens zwei flachen Ringen, die an einer Stelle ihres Umfanges miteinander verbunden sind.
Plattenförmige Schliessfedern werden bekanntlich zur Befederung des Verschlussstückes der Ventile verwendet und sind in verschiedenen Ausführungsformen bereits bekannt. Sie bestehen aus flachen Ringen oder Stahlplatten, aus deren Ebene federnde Zungen herausgebogen oder die ganz oder teilweise verwölbt sind, z. B. tellerförmig oder zylindrisch, so dass bei ihrem Zusammendrücken in eine Ebene Federkräfte entstehen.
Insbesondere für kleine Ventile ist ferner eine Bauart aus einem flachen Ring bekannt, der an einer Stelle radial aufgetrennt ist, wobei die dadurch entstehenden Ringenden axial auseinandergebogen sind. Weiterhin werden aus einer Stahlplatte spiralenförmig ausgeschnittene und aufgebogene Schliessfedern sowie aus einem flachen Stahlband gewundene Schraubenfedern verwendet. Bei aus mehreren flachen Ringen bestehenden Federplatten ist es auch schon bekannt, die benachbarten Ringe nur durch einen einzigen radialen Steg miteinander zu verbinden, so dass sie nur an einer Stelle ihres Umfanges miteinander verbunden sind. Die Ringe liegen dabei alle in einer Ebene bzw. Fläche und sind nach einer Zylinderfläche gewölbt, deren Erzeugende parallel zu dem durch die Stege gehenden Plattendurchmesser verläuft.
Schliesslich ist es auch schon bekannt, zwei wellenförmig ausgebildete Einzelringe so übereinander anzuordnen, dass sie sich auf den Ausbauchstellen berühren. Damit sich die beiden Federringe gegeneinander nicht verschieben können, sind sie an den Berührungsstellen durch Nieten od. dgl. miteinander verbunden.
Die bekannten Schliessfedern haben sich in den unterschiedlichsten Ventilbauarten recht gut bewährt.
Manchmal ist es jedoch schwierig, unter Verwendung der bekannten Ausführungen genügend weiche Schliessfedern zu erhalten, vor allem für kleine Ventile, z. B. Einringventile. Aus Gründen der Festigkeit und des Widerstandes gegen Schlagbeanspruchungen, Korrosion und Erosion kann eine bestimmte Dicke der Stahlplatten oder Ringe nicht unterschritten werden. Bei kleinem Ring- oder Plattendurchmesser ergibt sich dadurch eine verhältnismässig grosse Steifigkeit. Die sonst vorteilhaften gewölbten Federn erlauben daher bei vorgegebener Mindestdicke nicht die Unterschreitung einer bestimmten Federsteifigkeit. Die radial aufgeschlitzten Ringfedern sind zwar bei gleicher Materialdicke weicher, erfordern aber eine Sicherung gegen Verdrehen, die meist aus einer radial vorspringenden Nase besteht, welche zusätzliche Reibung verursacht und sich in ihre Führungsnut einarbeitet.
Für schraubenlinienförmig gewundene Federn ist der in Achsrichtung des Ventils erforderliche Raum meist nicht vorhanden. Auch die Anordnung von zwei wellenförmigen Ringen übereinander ergibt eine verhältnismässig steife Feder.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer plattenförmigen Schliessfeder, die bei ausreichend grosser Materialdicke eine nur geringe Federsteifigkeit aufweist. Ausgehend von einer Schliessfeder mit wenigstens zwei flachen Ringen, die an einer Stelle ihres Umfanges miteinander verbunden sind, wird dieses Ziel erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Ringe in verschiedenen Flächen liegen, die im Bereich der Verbindungsstelle der Ringe einen spitzen Winkel miteinander einschliessen, und dass sich die Ringe in ihrem der Verbindungsstelle diametral gegenüberliegenden Bereich im Abstand voneinander befinden. Dadurch wird eine Biegungsfeder erhalten, bei der praktisch der gesamte Durchmesser als wirksame Federlänge ausgenutzt wird.
Da die Federsteifigkeit einer Biegungsfeder bekanntlich mit der dritten Potenz der Federlänge abnimmt, wird beispielsweise gegenüber einer zylindrisch gewölbten Feder, bei der nur der halbe Plattendurchmesser als Federlänge wirksam ist, bei gleicher Materialdicke eine um den Faktor 8 verringerte Federsteifigkeit erzielt. Dieser Vorteil bleibt auch erhalten, wenn zur Erzielung einer zentrischen Belastung des Verschlussstückes zwei erfindungsgemässe Schliessfedern übereinander verwendet werden. Dabei ergibt sich noch der weitere Vorteil, dass sich die übereinanderliegenden erfindungsgemässen Schliessfedern auch beim Arbeiten des Ventils nicht gegeneinander verdrehen und in der richtigen Lage bleiben, so dass eine Verdrehsicherung überflüssig ist.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Schliessfeder möglich. Die Ringe können im Grundriss einander wenigstens teilweise überdecken, wobei sie zweckmässig die gleiche Grösse und Form aufweisen. Sie können an der Verbindungsstelle aufeinanderliegen und durch Schweissen, Löten oder Kleben verbunden sein. Eine andere vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass die Ringe an der Verbindungsstelle mit ihren Rändern einstückig zusammenhängen und längs der Verbindungsstelle übereinandergebogen sind. Die Ringe können dabei etwa in Form einer Brille hergestellt werden, wobei sie über eine zwischen ihren Rändern vorgesehene, z. B. stegförmige Brücke zusammenhängen, worauf sie dann um eine im Bereich der Brücke liegende Biegungsachse übereinandergebogen werden.
Bei Anordnung einer solchen Brücke ist es ferner möglich, die Umbiegung als Kröpfung auszuführen, so dass ein in festigkeitsmässiger Hinsicht vorteilhafter grösserer Krümmungsradius gewählt werden kann als bei einem annähernd scharfkantigen Übereinanderfalten der beiden Ringe. Die Kröpfung kann ausserhalb des Randes der Ringe liegen, so dass dadurch die Bewegung der Verschlussplatte nicht behindert wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Ringe konzentrisch angeordnet sein und an der Verbindungsstelle über einen radialen Steg zusammenhängen. Dabei erübrigt sich eine nachträgliche Verbindung der beiden Ringe und entfällt auch ein Übereinanderbiegen derselben. Bei dieser Ausführungsform werden lediglich die konzentrisch ineinanderliegenden Ringe an der dem Verbindungssteg radial gegenüberliegenden Stelle in Achsrichtung auseinandergebogen. Diese Bauart eignet sich vor allem auch für Mehrringventile. Die
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Schliessfeder besteht dabei aus einer Mehrzahl von konzentrisch ineinanderliegenden Ringen, die jeweils durch einen einzigen radialen Steg mit dem benachbarten Ring verbunden sind.
Wenn die in radialer Richtung aufeinanderfolgenden Stege abwechselnd um 1800 gegeneinander versetzt sind, können dabei der innerste und der äusserste Ring der Schliessfeder eben bleiben und nur die dazwischenliegenden Ringe in Seitenansicht etwa zick-zack-förmig auseinandergebogen sein, wodurch sich eine sehr weiche und auch für grosse Hübe geeignete Schliessfeder ergibt.
Bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Schliessfeder hat es sich als vorteilhaft erweisen, beim Auseinanderbiegen der Ringe mindestens einen Teil derselben wenigstens annähernd nach einer Zylinderfläche zu wölben, deren Erzeugende senkrecht zu dem durch die Verbindungsstelle gehenden Ringdurchmesser verläuft.
Bei den aus nur zwei Ringen bestehenden Ausführungen ist die Wölbung zweckmässig so ausgeführt, dass die konvexen Seiten der Ringe einander zugekehrt sind. Diese zylindrische Wölbung der Ringe ist nicht nur einfach herstellbar, sondern führt auch dazu, dass die Steifigkeit der Schliessfeder kurz vor dem gänzlichen Flachdrücken beider Ringe beim Öffnen des Verschlussstückes erheblich zunimmt, wodurch eine zusätzliche Dämpfung des Öffnungsschlages erreicht wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen die Fig. 1 bis 4 je eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Schliessfeder wobei die Fig. la, 2a, 3a und 4a jeweils die Schliessfeder in Seitenansicht und die Fig. lb, 2b, 3b und 4b die zugehörige Ringform, aus der die Schliessfeder hergestellt wird, im Grundriss veranschaulichen. In Fig. 5 ist ein Verdichterventil im axialen Mittelschnitt dargestellt, dessen Verschlussstück durch erfindungsgemässe Schliessfedern belastet ist, und Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung die in das Ventil nach Fig. 5 eingebauten Schliessfedern in Seitenansicht.
Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, besteht die erfindungsgemässe Schliessfeder aus flachen Ringen--l und 2--, die an einer Stelle--3--ihres Umfanges miteinander verbunden sind. In ihrem der Verbindungsstelle --3-- diametral gegenüberliegenden Bereich sind die beiden Ringe --1, 2-- voneinander weggebogen, so dass sie sich in diesem Bereich im Abstand voneinander befinden. In der zu dem durch die
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Seitenansicht etwa in Form eines liegenden V auf.
Die in den Fig. la und lb dargestellte Schliessfeder besteht aus zwei Ringen--l und 2-- gleicher Grösse und gleicher Form, die übereinanderliegen und an der Verbindungsstelle --3-- durch Schweissen, z. B.
Punktschweissen, Löten oder Kleben miteinander verbunden sind. Gemäss den Fig. 2a und 2b hängen die beiden Ringe --1, 2-- hingegen mit ihren Rändern einstückig zusammen und sind längs der Verbindungsstelle--3-- übereinandergebogen. Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Ausführung, bei der die Ringe--l und 2--über eine
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--4-- zusammenhängen.- -1, 2-- liegt. Dadurch wird vermieden, dass an der Verbindungsstelle --3-- eine scharfkantige, festigkeitsmässig ungünstige Umbiegung entsteht.
In der Ausführung nach den Fig. 4a und 4b schliesslich ist ein Übereinanderbiegen der Ringe-l und 2-überflüssig. Die Ringe-l und 2-sind dabei konzentrisch ineinander angeordnet und hängen an der Verbindungsstelle --3-- über einen radialen Steg-7zusammen, wobei sie um eine zur Achse des Steges--7--quer verlaufende Achse auseinandergebogen sind. Unter Anwendung dieses Prinzips kann aus einer aus mehreren konzentrischen Ringen bestehenden Platte, bei der die jeweils benachbarten Ringe über einen radialen Steg zusammenhängen und die Stege um einen Winkel von 1800 gegeneinander versetzt sind, eine Schliessfeder erhalten werden, deren Ringe in Seitenansicht etwa zick-zack-förmig aneinander anschliessen.
Beim Zusammendrücken dieser Feder kommen alle Ringe in eine einzige Ebene zu liegen.
Das in Fig. 5 dargestellte komplette Ventil besteht aus einem Ventilsitz --8-- und einem Fänger - -9--, die durch einen Distanzring --10-- im Abstand voneinander gehalten und durch eine Schraube --11-- miteinander verbunden sind. Der Ventilsitz-8--weist Durchgangskanäle--12--auf, über denen
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--13-- liegt.Schliessfedern der in den Fig. la und lb gezeigten Ausführung belastet, die sich am Fänger-9-abstützen.
Die beiden Schliessfedern sind mit--14 und 15--bezeichnet.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, liegen die beiden Schlie#federn --14 und 15--um 1800 gegeneinander versetzt übereinander. Jede der beiden Schliessfedern besteht aus zwei Ringen-l und 2--, die gemäss Fig. la an einer Stelle --3-- miteinander verbunden sind und im der Verbindungsstelle --3--3 diametral gegenüberliegenden Bereich voneinander weggebogen sind, so dass sie eine Seitenansicht etwa in Form eines liegenden V aufweisen. Die Ringe --1, 2-- sind ausserdem annähernd nach einer Zylinderfläche gewölbt, deren Erzeugende senkrecht zu dem durch die Verbindungsstelle --3-- gehenden Ringdurchmesser verläuft.
Auf Grund der besonderen Formgebung der erfindungsgemässen Schliessfeder behalten die übereinanderliegenden Federn --14, 15-- während des Arbeitens des Ventils ihre Lage bei, so dass eine besondere Verdrehsicherung überflüssig ist. Die beiden aussenliegenden Ringe, der Ring-2-der Schliessfeder
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--14- und der Ring --J -- der Schliessfeder --15--, liegen auf den Abstützflächen, auf der Verschlussplatte --13-- bzw. auf dem Franger-9--, an wenigstens zwei diametral gegenüberliegenden Stellen auf, so dass die Verschlussplatte --13-- wenigstens annähernd symmetrisch belastet wird.
Beim Öffnen des Ventils werden die Zwischenring, der Ring--l-der Schliessfeder-14-und der Ring-2--der Schliessfeder--15--, jeweils gegen den zugehörigen zweiten Ring gebogen. Da hiebei praktisch der gesamte Ringdurchmesser als Federlänge wirksam ist, ergibt sich eine verhältnismässig weiche Befederung der Verbchlussplatte --13--, obwohl zwei Schliessfedern --14, 15-- übereinanderliegen. Erst kurz vor dem vollstandigen öffnen des Ventils, sobald alle Ringe beider Schliessfedern mit ihren vollen Flächen aufeinandertreffen, werden auch die äusseren Ringe in eine Ebene zusammengedrückt, wobei die Federsteifigkeit auf Grund der zylindrischen Wölbung dieser Ringe verhältnismässig stark zunimmt, so dass eine zusätzliche Dämpfung des öffnungsschlages erzielt wird.
Die erfindungsgemässe Schliessfeder kann natürlich nicht nur in Einringventilen verwendet werden, sondern eignet sich auch für sogenannte Mehrring-Plattenventile, die mehrere konzentrisch angeordnete Durchströmkanäle und eine Verschlussplatte mit entsprechend vielen konzentrischen Plattenringen aufweisen. Um grosse Hübe der Verschlussplatte zu ermöglichen, können auch mehr als zwei erfindungsgemässe Schliessfedern übereinandergelegt werden. Zweckmässig wird jedoch eine paarweise Anordnung verwendet, bei der sich eine wenigstens annähernd symmetrische Belastung der Verschlussplatte ergibt. Für Mehrringventile ist vor allem die in den Fig. 4a und 4b gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemässen Schliessfeder geeignet, bei der die einzelnen Ringe konzentrisch ineinander angeordnet sind und sich daher in eine Ebene zusammendrücken lassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Plattenförmige Schliessfeder für Verdichterventile, mit wenigstens zwei flachen Ringen, die an einer
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