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Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Ringplattenventil für Kolbenkompressoren, mit einer oder mehreren einzelnen, konzentrisch zueinander zwischen den Ventilsitz und Fänger angeordneten Kunststoff-Ringplatte(n) als Schliessorgan(en), welche vom Fänger her mittels einzelner Spiralfedern gegen konzentrische Dichtflächen des Ventilsitzes belastet ist (sind).
Derartige Ventile sind beispielsweise aus EP 345 245 B, US 5,678,603, US 3,536,094 A oder EP 1 247 982 A bekannt und ermöglichen einerseits über einen strömungsoptimierten Durchfluss eine Verringerung der Ventilationsverluste sowie andererseits über die Befederung der einzelnen Ringplatten verschiedenste Einflussnahmen auf das Öffnungs- und Schliessverhalten der Ventile. Bei den bekannten Ausführungen werden die Ringplatten entweder über Kraftverteilerplatten oder Federbrücken mit einer geringen Anzahl von Schraubenfedern gemeinsam befedert oder aber individuell, also direkt durch eine über den Umfang der Ringplatten verteilt angreifende höhere Gesamtzahl von kleineren Schraubenfedern.
Im erstgenannten Fall ergeben sich durch die jeweils zumindest einen Teil der Ringplatten übergreifenden Kraftverteilerelemente zumeist Probleme für die Führung und Verdrehsicherung der einzelnen Ringplatten. Im zweitgenannten Falle können die einzelnen Ringplatten zwar ohne weiteres über den gesamten Hub geführt werden, wobei sich aber die Problematik ergibt, dass nur Federn mit relativ geringem Aussendurchmesser untergebracht werden können, da ansonsten die Federn über die Umfangsstege des Fängers bzw. über die Ringbreite hinausragen, was einerseits die Durchströmung behindert und andererseits lokale Überbeanspruchung bedingt, da den Endwindungen der Federn keine satten Auflageflächen zur Verfügung stehen.
Die zur Bereitstellung hoher Durchströmquerschnitte bei für die Ringbeanspruchung günstigen geringen Ventilhüben vorteilhafte Verringerung der Ringbreite und Erhöhung der Ringanzahl ergibt feingliedrige Ringventile, die bei gegebenem Einbauraum nur Federn mit einem entsprechend geringerem Federaussendurchmesser und damit bedingtem geringem Federdrahtdurchmesser erlauben. Dies ergibt aber zufolge der hohen schlagdynamischen Belastungen der Federn rasch eine Überbeanspruchung derselben, da durch das Aufeinanderschlagen der Windungen Werkstoffzerrüttung initiiert wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Ringplattenventile der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die beschriebenen nachteiligen Auswirkungen einer Verringerung der Breite der einzelnen Ringplatten auf die individuelle Befederung der Ringplatten vermieden werden und dass insbesonders auch bei feingliedrigen Ringplatten keine Überbeanspruchung der einzelnen Federn bzw. der damit unmittelbar zusammenarbeitenden Bauteile auftreten kann.
Diese Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung bei einem Ringplattenventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Ringplatte(n) auf ihrer dem Fänger zugewandten Seite zur Abstützung von gegenüber der sonstigen Ringbreite grösseren Durchmesser aufweisenden Spiralfedern im Bereich der Federauflagen verbreitert ist (sind). Um auf den schmalen Ringplatten feingliedriger Ringventile grössere Federn mit entsprechend hohem Potential im Hinblick auf Befederungsniveau und Lebensdauer unterbringen zu können, werden also die Ringplatten im Bereich jeder Federauflage auf der dem Fänger bzw. den Federn zugewandten Seite verbreitert, ohne dass die Geometrie der auf der anderen Seite der Ringplatte verlaufenden Dichtflächen in diesem Bereich verändert wird.
Dies ermöglicht auf einfache, die Durchströmbedingungen praktisch nicht beeinflussende Weise eine ausreichende Entkoppelung der vorzugsweise klein zu haltenden Ringbreite vom vorzugsweise gross zu haltenden Federdurchmesser, ohne dass separate Federschuhe, Kraftverteiler oder ähnliche, weitere Nachteile bedingende Elemente erforderlich wären.
In besonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die verbreiterten Federauflagen von am Ventilsitz und/oder Fänger angeordneten Führungsansätzen unter Bildung einer ein- oder beidseitigen Führung und/oder Verdrehsicherung über den gesamten Ventilhub in der Form umfasst werden. Bei Ringplattenventilen herkömmlicher Bauart sind die einzelnen Ringplatten nicht gegen Relatiwerdrehung gesichert, womit eine unsymmetrische
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oder drallförmige Anströmung des zu steuernden Mediums im Betrieb des Ventils eine Ringdrehung bedingen kann, die zu erhöhtem Verschleiss an Ringen und Sitzen beim Eindichten führt und den Feder- und Ringverschleiss im Bereich des Kontaktes zwischen Feder und Ringplatte erhöht.
Im Falle von seitlichen Bewegungen der Ringe und speziell bei seitlichem Flattern schlagen die Ringplatten gegen Führungen und Dichtflächen, was ebenfalls erhöhten Verschleiss bedingt und das Führungsspiel vergrössert. Darüber hinaus kann bei unsymmetrischen Einbaubedingungen bzw. entsprechender Anströmung auch ein Kippen der Ringplatten auftreten, womit diese mit ihren Kanten an den Führungen bzw. auch am Fänger oder den Dichtflächen aufschlagen können, wodurch Risse in den Kunststoff-Ringplatten initiiert werden können.
All diesen Nachteilen wird auf die beschriebene Weise mit der erwähnten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung entgegengewirkt. Die die verbreiterten Federauflagen zumindest einseitig umgreifenden Führungsansätze am Ventilsitz und/oder Fänger wirken auf die Ringplatten in unkritischen Bereichen abseits der Dichtkanten und abseits der Anschlagflächen am Fänger ein, was die Ringbeanspruchung vergleichmässigt und eine Führung und Verdrehsicherung ohne zusätzlich Beanspruchung in kritischen Bereichen der Ringplatten ermöglicht.
Die parallel zum Umfang der Ringplatten verlaufenden Seitenflächen der verbreiterten Federauflagen können in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung in Richtung der Ringachse bombiert ausgeführt sein, was auch bei Kippbewegungen der Ringplatten sicherstellt, dass möglichst keine Schlageinwirkung auf irgendwelche Ringkanten auftreten kann.
In weiters bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die an die konzentrischen Dichtleisten anschliessende Geometrie der Ringplatten im Bereich der verbreiterten Federauflagen vorzugsweise durch gerundete und/oder konisch verlaufende Übergänge strömungsgünstig ausgestaltet ist. Abgesehen von der durch die einzelnen verbreiterten Federauflagen ohnedies nur geringfügig beeinflussten Durchströmcharakteristik kann dadurch der Durchströmwiderstand weiter herabgesetzt werden.
Die Ringplatten sind nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung mit zum Fänger hin vorzugsweise konisch oder gekrümmt zusammenlaufenden Seitenflanken und damit fängerseitig geringere Breite ausgebildet, was einerseits das Durchströmverhalten des Ventils insgesamt verbessert und andererseits speziell im Zusammenhang mit einer weiters bevorzugten Reduzierung der Breite der Anschlagflächen am Fänger gegenüber der fängerseitigen Breite der Ringplatten ein Anschlagen der Ringkanten auf den Fänger grundsätzlich ausschliesst und damit Rissentstehung an derartigen Anschlagstellen verhindert.
Ebenfalls zur Verhinderung von Rissentstehung in den Kunststoff-Ringplatten trägt eine weiters bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung bei, gemäss welcher sämtliche Kanten der Ringplatten mit einem Rundungsradius im Bereich von 5 bis 25%, vorzugsweise etwa 10%, der Breite der Ringplatten verrundet sind.
Die Anschlagflächen am Fänger und/oder die dem Fänger zugewandten Flächen der Ringplatten sind in weiters bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung mit torisch gekrümmten Oberflächen mit einem Radius im Bereich des 5 bis 20-fachen, vorzugsweise 10-fachen, der Ringbreite ausgeführt. Damit kann ebenfalls die Rissinitiierung durch das Aufschlagen der Ringplatten sowie ein allfälliger Ölklebeeffekt vermieden werden.
In besonders bevorzugter weiterer Ausbildung der Erfindung können die Spiralfedern in Federnestbohrungen an den Kreuzungsstellen der Radial- und Umfangsstege des Fängers abgestützt sein, wobei diese Federnestbohrungen nach aussen hin mit einem Winkel von 3 bis 25 , vorzugsweise etwa 5 , zur Oberfläche, bei einem Öffnungsradius von etwa der Ringbreite, angefast sind. Damit kann das Ablösen der Ringplatten bei Vorhandensein eines Ölfilms weiter erleichtert werden, wobei zusätzlich auch die Entstehung von Spannungsspitzen an den Oberflächen der Ringplatten im Bereich der Federnester verhindert wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein aufgeschnittenes Ventil gemäss der Erfindung in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 einen entsprechenden Schnitt in flächiger Darstellung, Fig. 3 bis 6 zeigen vergrösserte Detailquerschnitte durch verschiedene Kunststoff-Ringplatten zur Verwendung in einem Ventil beispielsweise gemäss den Fig. 1 oder 2 ; 7 und 8 zeigen schematische Querschnitte zur Verdeutlichung der Führung einer gemäss Fig. 6 ausgebildeten Ringplatte in einem nicht weiter dargestellten Ventil gemäss der Erfindung, Fig. 9 und 10 zeigen unterschiedliche Ansichten einer Ringplatte aus einem beispielsweise gemäss Fig. 1 oder 2 ausgeführten erfindungsgemässen Ventil;
Fig. 11 und 12 zeigen unterschiedliche Detailschnitte durch den Fänger eines beispiels- weise gemäss Fig. 1 oder 2 ausgebildeten Ventils im Bereich der Federnester ; 13 zeigt eine perspektivische Ansicht des Fängers des Ventils gemäss Fig. 1 von der Seite der nicht aufgelegten Ringplatten her und Fig. 14 zeigt einen entsprechend Fig. 13 ausgestalteten Fänger mit aufgelegten Ringplatten.
Das speziell aus den Fig. 1 und 2 in seiner Gesamtheit ersichtliche erfindungsgemässe Ringplattenventil kann als Ein- oder Auslassventil eines nicht weiter dargestellten Kolbenkompressors Verwendung finden und weist hier drei einzelne, konzentrisch zueinander zwischen Ventilsitz 1 und Fänger 2 angeordnete Kunststoff-Ringplatten 3 als Schliessorgane auf, welche vom Fänger 2 her mittels einzelner Spiralfedern 4 gegen konzentrische Dichtflächen 5 des Ventilsitzes 1 belastet sind. Je nach Art und Verwendung derartiger Ringplattenventile kann auch eine grössere oder kleinere Anzahl einzelner Ringplatten 3 vorgesehen sein; vereinzelt sind derartige Ventile auch mit nur einer einzelnen Ringplatte 3 im Einsatz.
Durch eine grössere Anzahl feingliedriger Ringplatten 3 entsteht bezogen auf eine bestimmte Fläche eine grössere Dichtkantenlänge, was auch bei vorteilhaften kleinen Ventilhüben bereits grosse freie Durchströmquerschnitte ermöglicht.
Um speziell bei feingliedrigen Ringplatten 3 (mit geringer radialer Breite) Spiralfedern 4 mit grösserem Aussendurchmesser und damit möglichem grösserem Federdrahtdurchmesser unterbringen zu können, sind die Ringplatten 3 auf ihrer dem Fänger 2 zugewandten Seite zur Abstützung der Spiralfedern 4 im Bereich der Federauflagen 6 verbreitert (siehe dazu speziell beispielsweise die Darstellung einer Ringplatte 3 in Fig. 9 und 10 bzw. die Ansicht in Fig. 14).
Die Geometrie der Dichtflächen 7 der Ringplatten 3 an der den Federauflagen 6 gegenüberliegenden Seite der Ringplatten 3 bleibt davon unverändert - die an die Dichtleisten 7 anschlie- #ende Geometrie der Ringplatten 3 im Bereich der verbreiterten Federauflagen 6 wird durch gerundete und/oder konisch verlaufende Übergänge strömungsgünstig ausgestaltet, sodass die Durchströmung des geöffneten Ventils auch in diesen Bereichen möglichst wenig behindert wird.
Die verbreiterten Federauflagen 6 werden von hier ausschliesslich am Fänger 2 angeordneten Führungsansätzen 8 (siehe speziell Fig. 13 und 14) unter Bildung einer hier einseitigen Führung und Verdrehsicherung über den gesamten Ventilhub in der Form umfasst, sodass die Ringplatten 3 keinem unbotmässigen Verschleiss durch relative Verschiebung oder Verdrehung gegenüber dem Ventilsitz 1 bzw. dem Fänger 2 und den Spiralfedern 4 unterliegen können.
Wie speziell aus den Fig. 6 bis 8 hervorgeht, sind die parallel zum Umfang der Ringplatten 3 verlaufenden Seitenflächen 9 der verbreiterten Federauflagen 6 in Richtung der Ringachse 10 bombiert ausgeführt (Radius R in Fig. 6). Auf diese Weise kann die Ringplatte 3 auch bei einer Kippbewegung, bei der sie, abweichend vom ebenen Aufschlagen am Fänger 2 wie in Fig. 7 dargestellt, gemäss Fig. 8 einseitig schräg auf den Fänger 2 auftrifft, nicht mit einer auf Schlagbeanspruchung empfindlichen Kante an der Führung oder am Fänger aufschlagen, wobei trotzdem über den gesamten Hub die Führung und Verdrehsicherung bestehen bleibt. Aus den Fig. 7 und 8 ist weiters zu ersehen, dass die mögliche Anschlagfläche 11am Fänger 2 in der Breite gegenüber der fängerseitigen Breite der Ringplatten 3 reduziert und mit einer torisch gekrümmten Oberfläche versehen ist.
Dies dient dazu, eine mögliche Schlagbeanspruchung an Kanten der Ringplatten 3 auszuschliessen und auch mögliche Klebeeffekte durch Öl hinanzuhal-
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ten.
Aus den Fig. 1,2, 4 und 6 bis 8 ist zu ersehen, dass die Ringplatten 3 mit zur Fängerseite hin konisch zusammenlaufenden Seitenflanken 12 ausgebildet sind, während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Seitenflanken 12 zusätzlich bombiert sind. Beides verbessert die Durchströmung durch das geöffnete Ventil, wie dies speziell aus den Fig. 1 und 2 einsichtig ist und verringert andererseits die fängerseitige Breite der Ringplatten 3, was zusammen mit der bereits angesprochenen Reduzierung der Auflagebreite am Fänger 2 ein Anschlagen der Kanten der Ringplatten 3 auf dem Fänger 2 grundsätzlich ausschliesst.
Um mögliche negative Effekte zufolge einer Überbeanspruchung von Ringkanten, was bei den verwendeten Kunststoffen zur Initiierung von Risswachstum führen kann, weiterhin auszuschliessen, sind sämtliche Kanten der Ringplatten 3 mit einem Rundungsradius im Bereich von vorzugsweise etwa 10% der Breite der Ringplatten 3 verrundet.
Die Ringplatten 3 bestehen bevorzugt aus Kunststoff mit eingelagerter Faserverstärkung, wobei unter Berücksichtigung lokal unterschiedlicher Anforderung die Faserverstärkung und/oder der umgebende Kunststoff in inhomogener Verteilung und/oder mit unterschiedlichen Materialeigenschaften vorliegen. Oberflächennahe Bereiche können zur Vermeidung von Faserbrüchen und davon ausgehender Rissgefahr faserfrei ausgeführt werden, beispielsweise auch mit gegenüber der sonstigen Ringplatte 3 unterschiedlichen Werkstoffen. Die Faserverstärkung selbst besteht vorzugsweise aus einem im wesentlichen flächigen, nicht verwobenen Faservlies (Wirrfasermatte) mit in der Fläche zumindest weitgehend richtungsunabhängiger Faserorientierung, was hohe Lebensdauer garantiert.
Die Spiralfedern 4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 bzw. Fig. 11 bis 14 in Federnestbohrungen 13 an den Kreuzungsstellen der Radial- und Umfangsstege (14,15) des Fängers 2 abgestützt, was grundsätzlich ebenfalls grössere Federdurchmesser erlaubt, als wenn die Spiralfedern 4 im Bereich der Umfangsstege 15 alleine angeordnet wären.
Diese Federnestbohrungen 13 sind gemäss Fig. 11 und 12 nach aussen hin mit einem Winkel von etwa 5 zur Oberfläche angefast, bei einem Öffnungsradius der Fase, die etwa der Ringbreite der Ringplatten 3 entspricht. Gemäss Fig. 11beginnt die Fase unmittelbar an der Feder- nestbohrung 13 ; Fig. 12 erst am Aussenrand eines flachen Teiles nach dieser Bohrung 13. Mit beiden Massnahmen wird zuverlässig verhindert, dass die Ringplatten 3 auf scharfe Aussenkanten im Bereich der Federnestbohrungen 13 aufschlagen können, was sich weiterhin positiv auf die Lebensdauer auswirkt.
Patentansprüche : 1. Selbsttätiges Ringplattenventil für Kolbenkompressoren, mit einer oder mehreren einzel- nen, konzentrisch zueinander zwischen Ventilsitz (1) und Fänger (2) angeordneten Kunst- stoff-Ringplatte(n) (3) als Schliessorgan(en), welche vom Fänger (2) her mittels einzelner
Spiralfedern (4) gegen konzentrische Dichtflächen (5) des Ventilsitzes (1) belastet ist (sind), dadurch gekennzeichnet, dass die Ringplatte(n) (3) auf ihrer dem Fänger (2) zuge- wandten Seite zur Abstützung von gegenüber der sonstigen Ringbreite grösseren Durch- messer aufweisenden Spiralfedern (4) im Bereich der Federauflagen (6) verbreitert ist (sind).