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Die Erfindung bezieht sich auf ein zylindrisches Gleichstromventil, bestehend aus mehreren aneinandergrenzenden Ringventilen, von denen jedes einen mit an der Stirnfläche mit radial gerichteten Kanälen zum Eintritt des Strömungsmittels versehenen Ventilsitz und wenigstens eine entlang einer ihrer runden Ränder eingespannte biegsame Ventilplatte aufweist, wobei die Kanäle nach einer der zylindrischen Wände des
Ventilsitzes hin offen sind.
Die Erfindung kann in Kolbenverdichtern und Verdrängerpumpen, wie Spülpumpen für
Verbrennungsmotoren verwendet werden.
Ventile der genannten Art sind beispielsweise dem Urheberschein Nr. 81475, ausgegeben in der UdSSR im
Jahr 1948 entnehmbar.
Jeder Ventilsitz ist aus drei Ringen aufgebaut, die miteinander derart verbunden sind, dass im Inneren des
Ventilsitzes zwischen den Ringen Kanäle zum Eintritt des Strömungsmittels gebildet sind.
Beim Öffnen des Ventils biegt sich die Ventilplatte, wobei unter dem freien Rand ein Ringspalt zum
Austritt des Strömungsmittels gebildet wird. Die Spaltlänge unter jeder Ventilplatte entspricht der Länge des freien Randes, was bei der auf Grund der Festigkeitsbedingungen geringen Hubhöhe den Durchgangsquerschnitt begrenzt, wodurch eine Verringerung des Ventilwiderstandes nicht möglich ist. Die Ventilsitze zeichnen sich durch beträchtliche Höhe aus, was bei der geringen Hubhöhe der Ventilplatte die Schaffung eines kompakten
Ventils mit grosser Durchlassfähigkeit unmöglich macht. Dies wird auch dadurch verhindert, dass jede
Veränderung der Strömungsrichtung in den Kanälen einen zusätzlichen Widerstand hervorruft, der den gesamten
Ventilwiderstand vergrössert.
Bei dem bekannten Ventil ist wegen dieser Ventilsitze ein beträchtlicher Totraum vorhanden, was ebenfalls einen erheblichen Nachteil des Ventils darstellt. Ausserdem sind zusammengesetzte Ventilsitze, die aus drei miteinander verbundenen Ringen bestehen, kompliziert in der Herstellung.
Ferner sind Ventile bekannt, deren Ventilsitz ringförmig gestaltet ist und radial angeordnete Einlasskanäle aufweist, die an einer oder beiden Stirnflächen des Ventilsitzes ausgebildet sind (österr. Patentschrift Nr. 47158, deutsche Auslegeschrift 1500015). Da es sich hiebei nicht um Gleichstromventile handelt, können nicht mehrere gleichartige Ventile zu einem Turm- oder Etagenventil zusammengebaut werden.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile.
Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, ein Ventil zu schaffen, dessen Ventilsitze geringe Höhe aufweisen, so dass die Anzahl der Ventilsitze und-platten und folglich der Durchtrittsquerschnitt vergrössert werden, was wieder eine Vergrösserung der Durchlassfähigkeit des Ventils bedingt und anderseits den im Ventil vorhandenen Totraum beträchtlich verringert.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss zwischen den Einlasskanälen für das Strömungsmittel radial gerichtete, zur andern der zylindrischen Wände des Ventilsitzes hin offene Auslasskanäle ausgebildet sind und dass die Ventilplatte radiale Zungen aufweist, welche die Einlasskanäle überdecken und wobei die Zwischenräume zwischen den Zungen gegenüber den Auslasskanälen liegen.
Zur Erhöhung der Durchlassfähigkeit des Ventils liegt zweckmässigerweise jede Zunge der Ventilplatte jeweils einem Einlasskanal gegenüber.
Zu demselben Zweck kann jede Zunge der Ventilplatte jeweils mehreren Einlasskanälen gegenüberliegen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind ; in den Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch das Ventil, wobei auf der linken Seite ein Einlassventil und auf der rechten Seite ein Auslassventil dargestellt ist, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in Fig. l, wobei die Ventilplatte an ihrem Aussenrand eingespannt ist ; Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2, Fig. 4 einen entsprechenden Schnitt durch eine Variante der Erfindung, Fig. 5 eine Teilansicht einer weiteren Variante wobei Einlass- und Auslasskanäle für das Strömungsmittel vorhanden sind ;
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 5, Fig. 8 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der die Ventilplatte Zungen aufweist, Fig. 9 eine Teilansicht einer Variante, deren Ventilplatte mit über zwei Einlasskanäle für das Strömungsmittel reichenden Zungen versehen ist, Fig. 10 eine Teilansicht einer andern Variante, wobei die Zungen rechteckige Form haben, Fig.11 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform mit in beiden Stirnflächen angeordneten
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Darstellung der Ventilplatte.
Das zylindrische Ventil--l--besteht gemäss Fig. l aus mehreren aneinandergrenzenden Ringventilen --2--, von denen jedes einen Ventilsitz--3--und mindestens eine biegsame Ventilplatte --4-- aufweist, die alle ringförmig ausgestaltet sind.
Die zum Ventil --1-- zusammengefassten Ringventile --2-- sind durch Schrauben--5-- miteinander verbunden. Zur Verringerung des Totraumes ist im Innenraum--6--ein Verdrängerkegel--7-- vorgesehen.
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an einem Rand --8-- zwischen den Ventilsitzen --3-- eingespannt ist. Die Austrittsrichtung des Strömungsmittels ist in Fig. 2 durch einen Pfeil-"B"--gekennzeichnet. Bei einem als Ansaugventil ausgebildeten Ventil ist die Ventilplatte --4-- am Aussenrand eingespannt, bei einem als Druckventil ausgebildeten Ventil hingegen am Innenrand.
Der restliche Plattenteil bleibt frei und wird unter Druckeinwirkung
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3,Spalt--9--zum Durchtritt des Strömungsmittels geöffnet wird, der sich zwischen der Ventilplatte --4-und dem Ventilsitz --3-- erstreckt.
Jeder Ventilsitz--3--weist Einlasskanäle--10--zum Durchtritt des Strömungsmittels auf, die als
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Nutenausführung gewährleistet die Umspülung der Plattenoberfläche durch das Strömungsmittel entlang der ganzen Nutenlänge.
Die radial verlaufenden Einlasskanäle --10--, die sich im Ventilsitz --3-- in der der Ventilplatte --4-- benachbarten Stirnfläche --11-- befinden, sind durch Stege --13-- voneinander getrennt, die die biegsame Ventilplatte --4-- auf solche Weise abstützen, dass ihre Durchbiegung in das Innere der Einlasskanäle --10-- und die in ihr entstehenden Biegespannungen auf zulässige Werte begrenzt bleiben.
Die andere Stirnfläche des Ventilsitzes --3-- ist ausserhalb des Bereiches des Randes --8-- der Ventilplatte --4-- mit einer Abschrägung --14-- versehen, die das Ausbiegen der Ventilplatte-4ermöglicht.
Zur Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes der radial verlaufenden Einlasskanäle--10--sowie zur Verminderung der Reibung des Strömungsmittelstromes an den Kanalwänden und somit zur Verringerung der
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Der Ring--15--ist mit abgeschrägten Flächen --16-- versehen, um das Ausbiegen der Ventilplatten --4--zuermöglichen.
Die Stelle, an der der Strömungsmittelstrom im Ventil am stärksten eingeengt ist, ist der Austrittsspalt.
Diese Spalten liegen auf einem Kreis im Bereich des inneren (Ansaugventil) oder des äusseren (Druckventil) Plattenrandes.
Zur Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes des Spaltes ist bei einer Variante der Erfindung eine Abart von Ventilsitzen--3--vorgesehen, die auf solche Weise ausgeführt sind, dass der Austrittsspalt zickzackförmig
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das Strömungsmittel vorgesehen. Die erwähnten Auslasskanäle--17--sind zu jener Zylinderwandung--18-hin geöffnet, die derjenigen gegenüberliegt, zu der hin die Einlasskanäle --10-- geöffnet sind.
Diese gegenseitige Lage der Kanäle-10 und 17-- (Fig. 7) zum Ein- bzw. Austritt des Strömungsmittels schafft bei geöffneten Ventil einen zickzackförmigen Spalt --20-- zum Durchtritt des Strömungsmittels, wobei die Länge dieses Spaltes --20-- grösser als der Umfang des freien Plattenrandes ist, wodurch der
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Nuten ausgeführt sein.
Der Durchgangsquerschnitt der Einlasskanäle--10--nimmt in Strömungsrichtung allmählich ab, der der Auslasskanäle--17--aber zu, was dem Durchfliessen des Strömungsmittels durch den zickzackförmigen Spalt --20-- Rechnung trägt.
Im Zusammenhang mit der Vergrösserung des Durchgangsquerschnittes im Spalt wird auch eine Vergrösserung im Ventilsitz --3-- selbst vorgesehen. Hiezu werden die Einlasskanäle tiefer als gemäss Fig. 2 ausgeführt. Infolge der Vergrösserung der Durchlassfähigkeit jedes Ringventils --2-- wird die Anzahl der Ventilsitze --3-- und Ventilplatten --4-- verringert; dies vereinfacht die Ventilherstellung.
Die Vergrösserung der Spaltlänge bietet die Möglichkeit, die Hubhöhe der Ventilplatten--4-herabzusetzen. Dies ist zur Erhöhung ihrer Lebensdauer von sehr grosser Bedeutung, u. zw. vor allem bei Ventilen für Schnelläuferverdichter.
Bei den Ventilen der beschriebenen Konstruktion können die Ventilplatten nicht nur als übliche Scheiben (Fig. 5), sondern auch mit Zungen-19- (Fig. 8, 9 und 10) ausgebildet sein. Die Zungen --19-- sind entlang des zickzackförmigen Spaltes --20-- auf solche Weise angebracht, dass ihre Wurzeln --21-- an der dem eingespannten Rand --8-- der Ventilplatte --4-- benachbarten Seite miteinander verbunden sind. Die Zungen --19-- können im wesentlichen dreieckige (Fig. 8), trapezförmige (Fig.11) oder rechteckige Form (Fig. 12) aufweisen.
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--19-- erhöhenumspült und im weiteren in den Raum zwischen der Rückseite der Ventilplatte --4-- und der Oberfläche des Hubbegrenzers fliesst.
Die mit Zungen --19-- versehenen Ventilplatten --4-- sind fester, da sie keine Abschnitte haben, die über die Auslasskanäle --17-- (Fig.5) überhängen, wo beim Anschlagen an den. Ventilsitz --3-- hohe Biegespannungen entstehen.
Der Hauptvorteil der Ventilplatten--4--mit Zungen--19--besteht darin, dass ihre Steifigkeit, die das öffnen des Ventils verhindert, erheblich geringer als bei Ventilplatten --4-- ohne Zungen ist, weil sie beim Öffnen des Ventils keine Wölbung erleiden. Da die Hubhöhe der mit Zungen versehenen Ventilplatten infolge des grossen Spaltumfanges gering ist, wird das volle öffnen des Ventils bei geringem Druckverlust erreicht.
In weiterer Folge dieser Ausgestaltung des Ventils lässt sich eine beträchtliche Erhöhung der Plattenlebensdauer erzielen. Hiebei ist infolge der Verminderung der Steifigkeit und der Hubhöhe die Möglichkeit gegeben, die radiale Breite der Ventilplatten sowie auch der Ventilsitze zu verringern, was zu einer Verringerung der gesamten Ventilabmessungen führt.
Unter jeder Zunge --19-- können eine (Fig. 8), zwei (Fig. 9) oder mehr Einlasskanäle --10-- liegen.
Die Ausführung mit mehreren Einlasskanälen --10-- ist bei breiten Ventilplatten --4-- mit relativ grossem Hub zweckmässig, da nur bei grosser Durchgangsfläche im Spalt unter einer Zunge--19--Einlasskanäle grossen Durchgangsquerschnittes erforderlich sind. Die Breite der Einlasskanäle--10--aber muss zur Vermeidung unerwünschter Plattendurchbiegung begrenzt werden, u. zw. wird bei dünnen Ventilplatten --4-- und grosser Druckdifferenz, die auf das Ventil im geschlossenen Zustand einwirkt, diese Breite kleiner gehalten.
Die Breite der Zungen --19-- nimmt mit zunehmender Entfernung von ihrer Wurzel-21- allmählich ab (Fig. 8 und 9). Um aber die Herstellung zu vereinfachen, werden die Einlasskanäle --10-- mit konstanter Breite ausgeführt (Fig. 10), und dementsprechend erhalten die Zungen --19-- eine rechteckige Form, wobei jede der Zungen --19-- eine oder mehrere Einlasskanäle-10-für das Strömungsmittel bedecken kann.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die gegenseitige Lage der Kanäle --10,17-- zum Ein-bzw.
Austritt des Strömungsmittels dieselbe wie bei dem Ventil mit zickzackförmigen Spalt--20-- (Fig. 5, 6 und 7) und Ventilplatten--4--ohne Zungen--19--, wobei die Tiefe der Einlasskanäle--10--in der Strömungsrichtung des Strömungsmittels ab-, die der Auslasskanäle --17-- aber zunimmt.
Die Ventilplatten --4-- mit Zungen-19-können sowohl in Verbindung mit Ventilsitzen-3-,
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angeordnet werden können. Dadurch werden der Durchgangsquerschnitt und die Durchlassfähigkeit des Ventils beträchtlich vergrössert.
Zum Durchgang der das Ventil --1-- zusammenhaltenden Schrauben --5-- sind in den Ringventilen
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(Fig. 13),- -19-- können ferner aus Segmenten zusammengebaut werden. In beiden Fällen werden zum Verbinden der Enden gasdichte Schlösser an den Stossstellen vorgesehen, die beispielsweise in Form eines Schwalbenschwanzes ausgeführt und im fertigen Ventil--l--zwischen den Ventilsitzen--3--eingespannt sind. An derselben
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wogegen sie bei Druckventilen am Innenrand eingespannt sind. Weiters können solche Ansaug- und Druckventile auf gleiche Art aufgebaut sein.
Ein im Zylinder eines Kolbenverdichters angeordnetes Ansaugventil arbeitet auf folgende Weise.
Infolge der Verringerung des Druckes im Zylinder des Verdichters werden die Ventilplatten --4-- an ihrem freien Rand abgehoben, wobei der Spalt freigegeben und das Ventil geöffnet wird. Das angesaugte Strömungsmittel (Gas) fliesst gemäss Fig. l (linke Seite) von aussen in die Einlasskanäle-10-und durch den Spalt zwischen den Ventilsitzen --3-- und den Ventilplatten--4--und gelangt in den Zylinder.
Das Druckventil, das rechts in Fig. 1 dargestellt ist, arbeitet in ähnlicher Weise, jedoch ist die Strömungsrichtung des Strömungsmittels von innen nach aussen gerichtet.
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Die Ventile, die in Fig. 5, 8,11 und 12 dargestellt sind, arbeiten wie das in Fig. 2 dargestellte, aber mit dem
Unterschied, dass das Strömungsmittel den zickzackförmigen Spalt --20-- durchfliesst und durch die Auslasskanäle-17-das Ventil verlässt.
Alles in allem haben die vorgeschlagenen zylindrischen Ventile folgende Vorteile :
Dank der Ausführung der Durchflusskanäle in Form von an den Stirnflächen-11-der Ventilsitze --3-- offenen, nutenförmigen Kanälen--10, 17--zum Ein-bzw. Austritt des Strömungsmittels sowie dank den an den Ventilplatten--4--vorgesehenen Zungen--19--werden die Durchgangsquerschnitte beträchtlich vergrössert. Diese Tatsache gestattet es, nicht nur die Energieverluste im Ventil stark herabzusetzen, sondern schafft gleichzeitig die Möglichkeit, die Anzahl der Ringventile-2-und deren Abmessungen zu verringern und durch Verminderung der Hubhöhe der Ventilplatten --4-- deren Lebensdauer zu erhöhen.
Die erzielte Verringerung des Energieverlustes gestattet es ferner, die Schnelläufigkeit von Kolbenverdichtern stark zu erhöhen. Ausserdem vereinfacht die Verwendung dieser Ventile die Zylinderform. Diese Vorteile sind beim Einsatz in Kolbenverdichtern mit einer Leistung im Bereich von 1000 kW und einem durchschnittlichen Druck bis zu 100 at besonders wichtig, beispielsweise beim Einsatz in gasfördernden Grossverdichtern, bei denen herkömmlicherweise die Energieverluste in den Ventilen gross sind und der theoretisch erforderliche Leistungsaufwand um 20% und mehr überschritten wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zylindrisches Gleichstromventil, bestehend aus mehreren aneinandergrenzenden Ringventilen, von denen jedes einen an der Stirnfläche mit radial gerichteten Kanälen zum Eintritt des Strömungsmittels versehenen Ventilsitz und wenigstens eine entlang eines ihrer runden Ränder eingespannte biegsame Ventilplatte aufweist, wobei die Kanäle nach einer der zylindrischen Wände des Ventilsitzes hin offen sind,
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gerichtete, zur andern der zylindrischen Wände (18) des Ventilsitzes hin offene Auslasskanäle (17) ausgebildet sind und dass die Ventilplatte (4) radiale Zungen (19) aufweist, welche die Einlasskanäle (10) überdecken und wobei die Zwischenräume zwischen den Zungen (19) gegenüber den Auslasskanälen (17) liegen.
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