Ventileinrichtung an Kolbenmaschinen mit hin und her gehendem Kolben Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung an Kolbenmaschinen mit hin und her gehendem Kolben, wie sie etwa zum Steuern des Einlasses oder Auslasses von Verdichtern verwendet werden kann.
Ein Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Ventileinrichtung, die eine Verringerung des schäd lichen Raumes auf einen Geringstwert ermöglicht.
Ferner erstrebt die Erfindung eine Ventileinrich tung, die einen grossen Durchschnittsquerschnitt auf weisen kann und infolge einer verringerten Masse ihrer beweglichen Teile sehr schnell öffnen und schlie ssen kann, so dass die Ventileinrichtung besonders für schnellaufende Maschinen geeignet ist.
Ein weiterer Zweck der Erfindung, dem besondere Bedeutung bei der Verwendung für Verdichter zu kommt, ist die Ausbildung einer Ventileinrichtung, die die Regelung der Liefermenge des Verdichters ohne Änderung ihrer Arbeitsgeschwindigkeit zulässt.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen einen Fortsatz des Zylinders bildenden Ringteil, in den der Kolben nach aussen eintritt und der mit über den Umfang verteilten, wenigstens annähernd radial verlaufenden Öffnungen für den Durchtritt des Ar beitsmittels und Ventilsitzen an einem Ende der Öff nungen versehen ist, wobei eine selbsttätige Steuer vorrichtung für den Durchtritt des Arbeitsmittels durch die Öffnungen vorhanden ist, die plattenartige Steuerelemente aufweist, welche von den Sitzen in wenigstens annähernd radialer Richtung zu der Zylin derlängsachse abhebbar sind.
Zweckmässig sind Ventilkörper und Ventilsitzring zueinander verdrehbar angebracht zwecks Entlastung der Maschine durch Bewegung des Ventilkörpers aus dem Bereich der Öffnungen des Sitzringes, wodurch letztere völlig freigelegt werden.
In der Zeichnung sind verschiedene beispielsweise Ausführungsformen von Ventileinrichtungen gemäss der Erfindung dargestellt, und zwar in Verbindung mit einem Kolbenverdichter.
Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Mittelschnitt durch den Kolben und den oberen Teil eines Verdichters mit einer Ventileinrichtung entsprechend einer ersten Aus führungsform, Fig. 2 eine Ansicht auf einen Teil der Ventilein richtung, von der Innenseite des Zylinders gesehen, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-111 von Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht, von der Innenseite des Zylin ders gesehen, auf einen Teil einer abgeänderten Aus führungsform der Ventileinrichtung, unter Fortlassung eines Teiles des innersten Ventilkörpers,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V von Fig. 4, Fig. 6 eine schaubildliche Einzeldarstellung der in Fig. 4 und 5 gezeigten Ventileinrichtung, Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII von Fig. 4, Fig. 8 und 9 Längsschnitte durch eine weitere ab geänderte Ausführungsform der Ventileinrichtung in geschlossenem und geöffnetem Zustand, Fig. 10 eine Ansicht eines Teiles des Ventilkör pers von Fig. 8 und 9,
Fig. lla und llb senkrechte Längsschnitte durch diametral gegenüberliegende Teile einer weiteren ab geänderten Ausführungsform der Ventileinrichtung, die als Einlassventil für einen Verdichterzylinder dient, Fig. 12 und 13 Innenansichten auf einen Teil der letzterwähnten Ventileinrichtung in zwei verschiede nen gegenseitigen Lagen des Ventilsitzes und des Ven tilkörpers,
Fig. 14 eine Draufsicht mit teilweisem waagrech tem Schnitt auf die Ausführungsform nach Fig. 11, Fig. 15 und 16 Draufsichten auf einzelne Teile von Fig. 14 in verschiedenen Stellungen des Ventil körpers.
In Fig. 1 ist der Zylinder eines Kolbenverdichters mit 1 bezeichnet, 2 ist der auf und ab bewegbare Kolben und 3 ein Kolbenbolzen, der den Kolben 2 mit einer hier nicht weiter dargestellten Schubstange ge lenkig verbindet.
Auf der Oberkante der Zylinderwand ist ein Ringteil 4 angebracht, der einen Fortsatz des Zylin ders 1 bildet. Der Ringteil 4 ist, wie nachstehend noch näher erläutert wird, so ausgebildet und angeordnet, dass er als Sitz einer Ventileinrichtung dient, die in den Zylinder das durch die Wirkung des Kolbens zu ver dichtende Medium einlässt, das kurz als Arbeitsmittel bezeichnet wird.
Auf der Oberkante des Sitzteiles 4 ist ein Ring 5 angebracht, der den Oberteil der Zylinderwand bildet. Der Ring 5 ist in eine Bohrung des insgesamt mit 6 bezeichneten Verdichtergehäuses eingelassen und wird in dieser durch einen Dichtungsring 7 abgedichtet. Auf der Oberkante des Ringes 5 befindet sich ein Joch 8, das über einen mittleren Bolzen 9 und seinen Kopf 10 einen Zylinderdeckel 11 trägt, der in der dargestellten Ausführungsform eine gewölbte untere Fläche und eine ebene Oberfläche aufweist. Zwischen den Zylinderdeckel und das Joch ist eine flache Scheibe 12 geklemmt, die mit einer abwärts gerich teten Nabe 13 den Bolzen 9 umschliesst.
Diese Nabe ruht auf dem Deckel 11 und hält somit die Scheibe 12 in einem gewissen Abstand über der ebenen Ober fläche des Zylinderdeckels.
Der Zylinderdeckel 11, die Scheibe 12 und das Joch 8 werden auf dem Bolzen durch eine Mutter 14 zusammengehalten, die auf das obere Gewindeende des Bolzens geschraubt ist. Zwischen dem Joch und der oberen Wandung einer Auslasskammer 16 in dem Verdichtergehäuse ist eine Druckfeder 15 zu einem an sich bekannten Zweck angebracht. In dem Zylin derdeckel 11 ist eine Anzahl von Kanälen 17 vor gesehen, durch die das von dem Kolben 2 verdichtete Arbeitsmittel austreten kann. Die Auslasskanäle wer den durch Ventilkörper 18 gesteuert, die unter Ein wirkung von zwischen den Ventilkörpern und der Unterseite der Scheibe 12 eingesetzten Federn 19 ste hen.
In der Scheibe 12 sind Öffnungen 20 vorgesehen, durch die das aus den Kanälen 17 über die angehobe nen Ventilkörper 18 austretende Arbeitsmittel in die Auslasskammer 16 über Öffnungen 21 in dem Joch 8 gelangen kann.
Soweit ist die Bauart bekannt mit Ausnahme der Einlassventileinrichtung, von welcher der Sitzteil 4 einen Bestandteil bildet.
Der ringförmige Ventilsitzteil 4 besitzt über den Umfang verteilte, in axialen Reihen angeordnete Boh rungen 22 (Fig. 2 und 3) oder axial verlaufende Schlitze 23 (Fig. 2). Diese Öffnungen stehen an dem Aussenumfang des Ringteiles 4 mit einem in dem Ver- dichtergehäuse angebrachten Einlasskanal 24 (Fig. 1) in Verbindung.
Gegen die zylindrische Innenfläche des Ringteiles 4 liegt ein Ventilkörper an, der aus einem ringförmig gebogenen, federnden Metallstreifen 25 besteht und über den Umfang verteilte, durch dazwischen vorhan dene Zwischenräume 27 gebildete längslaufende Zun gen 26 aufweist, deren jede mit je einer Reihe von Bohrungen 22 oder je einem Schlitz 23 sich deckt.
Die grundsätzliche Wirkungsweise des Ventilkör pers 25 beruht darauf, dass die Zungen 26, die ge wöhnlich die Bohrungen 22 oder Schlitze 23 in dem Ventilsitzteil 4 abdecken, bei der Abwärtsbewegung des Kolbens und der daraus folgenden Druckminde rung im Zylinder sich einwärts biegen und die Boh rungen oder Schlitze freilegen. Das durch den Ei11- lasskanal 24 zutretende Arbeitsmittel, welches die Boh rungen 22 oder Schlitze 23 füllt, kann somit in den Zylinder über die zwischen den Zungen vorgesehenen Zwischenräume 27 eintreten.
Um das Einwärtsbiegen der Zungen 26 zu erleich tern, ist eine Ringnut 28 an dem Innenumfang des Sitzteiles 4 im Bereich der Zungenwurzeln angebracht (Fig. 2 und 3). Wenn die oberen Enden der Zungen einwärts gebogen werden, besitzen sie an den Zungen wurzeln die Neigung, sich auswärts zu biegen, und zwar dort, wo sie in den Streifen 25 übergehen. Die Nut 28 dient zur Aufnahme dieser auswärts gewölbten Teile.
Zur Begrenzung der Einwärtsbewegung der oberen Zungenenden ist an dem obersten Zylinder ring 5 ein ringförmiger Ansatz 29 vorgesehen, der sich an der Innenseite der Zungen über deren obere Enden abwärts erstreckt und als Anschlag für diese dient (Fig. 2 und 3).
Die in Fig. 4 bis 7 gezeigte Einlassventileinrichtung weist einen Sitzteil 4 auf, der eine vieleckige innere Umfangsfläche anstelle eines kreisförmigen Innen umfanges besitzt, wie aus Fig. 7 hervorgeht. In dem dargestellten Beispiel sind drei über die axiale Länge verteilte Bohrungen 22 in jeder ebenen Fläche des polygonalen Umfanges vorgesehen. Bei dieser Aus führungsform besteht der Ventilkörper aus einer An zahl einzelner, ebener Zungen 26' von ähnlicher Form wie die der Zungen 26 der vorbeschriebenen Ausfüh rung.
Die Zungen 26' sind mit verbreiterten Füssen 25' versehen, die beiderseits aneinanderstossen und dadurch Zwischenräume 27 zwischen den einzelnen Zungen 26' entstehen lassen, die den mit dem gleichen Bezugszeichen versehenen Zwischenräumen der ersten Ausführungsform entsprechen. Die Zungen 26' wer den in ihrer Ebene dadurch gehalten, dass sie an den Sitzteil 4 durch einen Ring 30 geklemmt sind, der im Bereich der Zwischenräume 27 verlaufende axiale Schlitze 31 aufweist.
Die den Zungen 26 zugekehrte Mantelfläche des Ringes 30 ist mit einer schüsselarti- gen ringförmigen Aussparung 32 versehen (Fig. 5 und 6), die eine beschränkte Einwärtsbiegung der Zungen während des Abwärtshubes des Kolbens zulässt.
Bei der in den Fig. 8 bis 10 dargestellten Aus führungsform besteht der Ventilkörper aus einem kreisringförmig gebogenen Streifen 33 mit über den Umfang verteilten, in der Achsrichtung sich erstrek- kenden Schlitzen 34. Der ringförmige Streifen 33 ist zwischen der zylindrischen Innenfläche des Sitzteiles 4 und einem Ring 35 angebracht, und letzterer ist so gestaltet, dass er die oberen und unteren Teile des Streifens 33 gegen eine radiale Bewegung gegenüber dem Sitzteil 4 sperrt, dagegen aber axiale Bewegun gen dieser Teile zulässt, wenn der Streifen Biegungs- beanspruchungen während des Abwärtshubes des Kolbens ausgesetzt ist.
Um das Einwärtsbiegen des Streifens 33 zu ermöglichen, ist der Ring 35 mit einer schüsselförmigen Aussparung auf seiner dem Streifen 33 zugekehrten Fläche versehen, ähnlich wie in dem Ring 30 bei der Ausführung nach Fig. 4 bis 7.
Zur Erleichterung des Einwärtsbiegens des Streifens 33 sind an dem Sitzteil 4 eine obere und untere Ringnut 28 zur Aufnahme der in Höhe der oberen und unte ren Enden der Schlitze 34 auftretenden, auswärts gerichteten Auswölbungen des ringförmigen Streifens vorgesehen, wenn der mittlere Teil des Streifens ein wärts gebogen ist und in Anlage gegen die daneben liegende schüsselförmige Fläche des Ringes 35 ge langt, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
Der zusammenhängende ringförmige Streifen 33 dieser Ausführung kann auch durch eine Anzahl von einzelnen, in Achsrichtung sich erstreckenden Streifen ersetzt werden. Bei der in den Fig. 11a bis 16 dargestellten Aus führungsform ist der Ventilsitzteil 4 mit einer zylin drischen Innenfläche versehen, die mit dem Ventil körper zusammenwirkt. Der Sitzteil ist mit einer An zahl von über den Umfang verteilten, in axialen Rei hen angeordneten Bohrungen 22 versehen, er kann aber auch axial verlaufende Schlitze, ähnlich wie die Schlitze 23 in Fig.2, aufweisen.
Der Ventilkörper besteht aus einem zusammenhängenden, ringförmig gebogenen Streifen 25 mit axial verlaufenden Zungen 26 und dazwischenliegenden Zwischenräumen 27. Die Zungen befinden sich gewöhnlich in Obereinstim- mung mit den reihenweise angeordneten Bohrungen 22 und legen sie in gleicher Weise frei, wie bei der Ausführungsform in Fig. 1 bis 3 bereits beschrieben wurde. Ebenso wie bei der vorbehandelten Ausfüh rungsform ist die Einwärtsbiegung bzw. Öffnungs bewegung der Zungen durch einen Anschlag begrenzt, der durch einen ringförmigen Ansatz 29 eines oberen Zylinderringes 5 gebildet wird.
Zwecks Erzielung einer Regelung der Förder menge können die Bohrungen 22 dadurch völlig frei gelegt werden, dass die Zungen 26 mit den reihen weise angeordneten Bohrungen 22 ausser Deckung gebracht werden. Zu diesem Zweck ist der Ventilkör per gegenüber dem Ventilsitzteil 4 drehbar angeord net. Um eine Verdrehung des Ventilkörpers in be stimmten Grenzen zu erreichen, ist eine Schnappvor richtung vorgesehen, welche eine solche Verdrehung schnell während des Saughubes des Kolbens herbei führen kann, da während dieses Hubes die Verdre hung durch den Umstand erleichtert wird, dass die Zungen nicht gegen den Ventilsitz gepresst sind.
Die verdrehbare Stellvorrichtung besteht aus zwei konzentrischen Ringen 36 und 37, die auf entgegen gesetzten Seiten der unteren Partie des Sitzteiles 4 an gebracht sind. Diese in Fig. 11a und 11b mit 40 bezeichnete untere Partie besitzt eine nur geringe radiale Breite im Verhältnis zu derjenigen des übri gen Sitzteiles. Die Ringe 36 und 37 sind durch einen etwa radial verlaufenden Stift 41 miteinander verbun den, der durch eine in Richtung des Umfanges ver längerte Öffnung 42 in der Partie 40 frei hindurch tritt.
Durch Verdrehen des von aussen zugänglichen Ringes 36 können sowohl der Innenring 37 als auch der mit ihm verbundene Ventilkörper von der in Fig. 12 gezeigten Stellung in die Stellung nach Fig. 13 und wieder zurückgebracht werden. Um eine Mit nahme des Ventilsitzteiles 4 bei der Drehbewegung zu verhindern, ist letzterer mit dem Zylinder 1 durch einen senkrechten Stift 43 verriegelt (Fig. 11b).
Der Ventilkörper bzw. Streifen 25 und der innere Stellring 37 sind nach Art von Kolbenringen ge schlitzt, so dass eine Wärmedehnung bei steigender Temperatur möglich ist.
Die schnelle Drehverstellung der Ringe 36 und 37 kann mit Hilfe eines Ringes 44 erfolgen, der den Ring 36 drehbar umschliesst und auch an dessen Unterseite anliegt, wie aus Fig. 11a und 11b ersicht lich ist. Der Ring 44 kann mittels einer Stange 45 verdreht werden, die ihrerseits beispielsweise mit einer hier nicht weiter dargestellten hydraulischen Steuer vorrichtung verbunden ist. Zwischen den Ringen 36 und 44 sind an über den Umfang verteilten Stellen Haamadelfedern 46 angebracht, deren Enden jeweils in Bohrungen der Ringe 36 und 44 eingreifen.
Um den Ventilkörper in die in Fig. 13 dargestellte unwirksame Lage zu bewegen, wirkt auf die Stange 45 eine Stehkraft in Richtung des in Fig. 14 in aus gezogenen Linien gezeigten Pfeiles.
Die daraus sich ergebende Drehbewegung des Ringes 44 setzt die Federn 46 unter Spannung und nach Erreichen der in Fig. 15 gezeigten Stellung werden die Federn wäh rend des Saughubes des in dem Zylinder wirkenden Kolbens entspannt und der Ring 36 wird in Uhrzei gerrichtung schnell in die in Fig. 16 gezeigte Stellung bewegt, die der Lage des Ventilkörpers in Fig. 13 ent spricht, in der die reihenweise angeordneten Bohrun gen mit den Zwischenräumen 27 sich decken.
Wenn der Ventilkörper wieder in die gewöhnliche Stellung zurückgeführt werden soll, in der die Zungen 26 die Bohrungsreihen überdecken, wird die Stange 45 in Richtung des gestrichelten Pfeiles in Fig. 14 bewegt, wodurch der Ring 44 die Federn. 46 wieder spannt, so dass sie die Ringe 36 und 37 mit dem Ventilkörper wieder in die Normalstellung bewegen.
Der Ventilkörper kann auch ortsfest und der Ven tilsitz verdrehbar angebracht sein.
Während die Einrichtung vorstehend in ihrer An wendung als Saugventil beschrieben ist, kann sie an derseits auch als Druckventil einer Maschine mit hin und her gehendem Kolben Verwendung finden. In solchem Fall muss der Ventilkörper so angebracht sein, dass er mit der Aussenfläche des Ventilsitzteiles zusammenwirkt.