DE1020840B - Saug- und Druckventile fuer Kolbenkompressoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Zur Steuerung von Kolbenkompressoren werden vielfach frei gehende Saug- und Druckventile verwendet, die im Zylinderkopf oder zwischen Zylinder und Zylinderkopf des Kompressors angeordnet sind. Die bekannten Ventile dieser Art weisen kreisringform ige Ventilpl arten aus legiertem Stahlblech von etwa 1,2 bis 2,5 mm Stärke auf, welche durch eine Anzahl von Schraubenfedern oder Federblechen in Richtung zum Ventilsitz belastet sind. Diese Ventile haben infolge des in beiden Richtungen erfolgenden harten Aufschlagene der Ventilplatten nur geringe Lebensdauer bzw. sehr kurze Wartezeiten.

Vorschläge, die zumindest das Aufschlagen der Druckventilringe auf deren Hubbegrenzungsteil dadurch zu beheben versuchen, daß die Durchtrittsschlitze des Ventilsitzes gegen die Zylinderachse geneigt angeordnet sind und damit die Ventilringe im oberen Teil ihres Hubes außerhalb des Wirkungsbereiches der aus dem Zylinder austretenden Luft liegen, rufen durch Umlenkungen der Luft ungünstige Wirkungen hervor. Überdies wäre dieser Vorschlag nur für Verdichter mit Ventilen großer Hubhöhe, also mit geringer Drehzahl, geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu beseitigen. Es wird jene bekannte Saug- und Druckventil type für Kolbenkompressoren verbessert, die aus mehreren Einzel ventilen besteht. Dabei wurden bereite die mit kreisrunden Ventilplättehen arbeitenden Saug- und Druckventile in konzentrischen Kreisen auf einer gemeinsamen Ventilsitzplatte¹ angeordnet. Bei den bekannten Anordnungen dieser Art sind die einzelnen Ventile axial geführt und durch eine Ventilfeder belastet. Diese Ventile neigen zum Hängenbleiben wegen ihrer Führung und außerdem zum harten Aufschlagen auf ihren Sitz und ihre Hubbegrenzung. Bei einer Ausführung ist der Querschnitt der Löcher im Ventilsitzteil kleiner als der der Ventilöffnung im offenen Zustand, wodurch der Druck auf den Ventilteller im Augenblick des Öffnens vermindert wird und das harte Aufschlagen des Ventils auf seine Hubbegrenzung vermieden werden soll. Dadurch aber werden die das Ventil bewegenden Kräfte vermindert, was bei der vorhandenen Führung des Ventils ein Hängenbleiben begünstigt. Das harte Aufschlagen am Ventilsitz wird durch dieseAusbildung nicht beseitigt.

Erfmdungsgeimäß werden nun die kreisrunden Ventilplättchen derart ausgebildet, daß ihr äußerer Durchmesser um so- viel größer als der Durchmesser der kreisrunden Zuströmöffnung ist, daß die durch Zuströmdruck undZüströmquerschnittgegebeneÖffnungskraft der durch den Unterdruck im Ventilspalt gegebenen, entgegengesetzt wirkenden Kraft beim vollgeöffneten Ventil ganz oder nahezu das Gleichgewicht hält.

Saug- und Druckventile
für Kolbenkompressoren

Anmelder:

Dipl.-Ing. Dr. techn. Egon Niedermayer, Graz (Österreich)

Vertreter: Dr.-Ing. Dr. jur. F. Lehmann, Patentanwalt, München 5, Papa-Schmid-Str. 1

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 7. Oktober 1954

Dipl.-Ing. Dr. techn. Egon Niedermayer,

Graz (Österreich)
ist als Erfinder genannt worden

Die Wirkungsweise dieser Ventile beruht auf dem Absinken des Luftdruckes bei Ansteigen der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich außerhalb der Zuströmbohrung, welches nach Bernoulli auf der Basis konstanter Summe von Druck- und Geschwindigkeitshöhe berechenbar ist. Hat das Ventilplättchen einmal einen gewissen kleinen Hub erreicht, so wird der resultierende Druck auf der angeströmten Fläche des Ventilplättchenis so gering, daß unter Umständen sogar eine Kraft in Richtung zum Ventilsitz auftritt. Das Ventilplättchen wird jedenfalls gebremst oder sogar zum Stillstand gebracht. Weil eher von. diesen möglichen Fällen eintritt, hängt bei gegebenem Zuströmdruck und Gewicht des Ventilplättchens unter anderem vom Zuströmquerschnitt und vom Außendurchmesser des Ventilplättchens ab. Das Verhältnis des äußeren Plättchendurchmessers zum Durchmesser des Zuströmkanals muß so· gewählt werden, daß eine ausreichende Dämpfungskraft entsteht, durch die ein zu hartes Anschlagen, des hochgehobenen Ventilplättchens an der Hubbegrenzungsplatte vermieden wird. Bei der Auswahl der Größenverhältnisse¹ muß auch noch die Schließbewegung des Ventilplättchens betrachtet werden, welche ebenfalls nicht zu einem allzu harten Aufsetzen des Ventilplättchens am Ventilsitz führen darf, jedoch eine Ventilfeder möglichst überflüssig machen soll. Das Durchmesserverhältnis kann so· abgestimmt werden, daß die auf das Plättchen wirkenden Strö-

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mungskräfte kleine Aufsetzgeschwindigkeiten auf den und Befestigung der Hubbegrenzungsplatten und

Ventilsitz ergeben. Um günstigste Bewegungsverhält- schließlich auf dieKühlung der Ventilsitzplatte, welche

nisse sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen zu durch die Anordnung der Einzelventile in besonders

erzielen, ist ein Kompromiß zwischen den günstigsten günstiger Weise ermöglicht wird. Die letztgenannten

Durchmesserverhältnis'sen beider Bewegungsrichtun- 5 Einzelheiten der Erfindung werden im nachfolgenden

gen. erforderlich. an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Bei den üblichen Ventilen, bei welchen ein ring- Fig. 1 zeigt den oberen Teil des Zylinders und den förmiges Plättchen Schlitze im Ventilsitz abdeckt, ist Zylinderkopf eines wassergekühlten Kompressors im die Erfindung nicht anwendbar, denn hier ist die Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2; übliche Sitzbreite des Ventilringes im Verhältnis zum io Fig. 2 zeigt dazu das Saug- und Druckventil teilmittleren Radius des Schlitzes in der Ventilplatte so weise in Ansicht und teilweise im Schnitt nach der klein, daß die Unterschiede zwischen der Größe der Linie II-II der Fig. 1; in größerem Maßstabe zeigt Durchtrittsfläche am inneren und am äußeren Spalt- Fig. 3 ein Detail aus Fig. 1 und durchmesser praktisch verschwinden. Diese oben be- Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der scbriebene verzögernde bzw. beschleunigende Wirkung 15 Fig. 2; in

infolge der Luftkräfte kann daher bei Ringventilen Fig. 5 ist ein Ventilplättchen in noch größerem

nicht auftreten. Maßstabe dargestellt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird zu- Der Zylinder des Kompressors ist mit 1, der Zylinnächst die Lebensdauer der Ventile wesentlich erhöht, derkopf mit 2, der Einlaßkanal des Zylinderkopfes weil durch die geringen Aufsetzgeschwindigkeiten die 20 mit 3, der Auslaßkanal mit 4 bezeichnet. Zwischen Beanspruchung der Ventik>rgane stark herabgesetzt Zylinder 1 und Zylinderkopf 2 ist die Ventilsitzplatte5 wird. Aus dem gleichen Grunde ist es sogar möglich, am äußeren Umfang eingespannt. Sie besitzt eine die Ventilplättchen leichter, eventuell sogar aus große Anzahl von Saugventilen 6 und Druckventil 7, Kunststoff auszuführen, was vorteilhaft geringere die zylinderkopfseitig durch eine kreisringförmige Massenkräfte und eine Verbilligung mit sich bringt. 25 Dichtfläche 8 voneinander getrennt und mit dem Ein-Bei entsprechender Wahl der Größenverhältnisse laßkanal 3 bzw. dem Auslasskanal 4 in Verbindung gekann auf Ventilfedern überhaupt verzichtet werden, bracht sind. Die Säugventile 6 haben innerhalb der was eine weitere Herabsetzung der schädlichen Massen- Dicbtfläche8 angeordnete Durchgangsbohrungen 9 und kräfte· und eine Vereinfachung und Verbilligung des die Druckventile 7 außerhalb der genannten Dicht-Ventils bedeutet. 30 fläche 8 angeordnete Durchgangsboh rangen 10, die Weiterhin ist es zweckmäßig, dein Ventilplättchen beide durch Ventilplättchen 11 gesteuert werden. Enteine solche Form zu geben, daß es auf seinem Sitz, sprechend der Durchgangsrichtung des Mediums sind wie insbesondere bei Rückschlagventilen bekannt, diese Ventilplättchen bei den Saugventilen, unterhalb praktisch nur Linienberührung aufweist, damit das und bei den Druckventilen oberhalb der Ventilplatte 5 VentilöfFnen bereits bei Druckgleichhoit zu beiden 35 angeordnet. Auf der Unterseite der Ventilsitzplatte· 5 Seiten des Plättchen® erfolgt. Vorzugsweise liegen die ist eine kreisförmige Hubbegrenzungsplatte 12 ange-Plättchen nur entlang ihrem äußeren Umfang auf, was ordnet, wogegen an der Oberseite der Druckventile bedingt, daß der Luftdruck schon vor Abheben des eine kreisringförmige HubbegTenzungsplatte 13 vor-Plättchens auf der gesamten Fläche wirksam ist, wo- gesehen ist. Beide Hubbegrenzungsplatten weisen zu durch eine Beschleunigung der Ventilbewegung kurz 40 den Durchgangsbohrungen 9 bzw. 10 koaxial angeordnach dem Abheben des Plättchens vom Sitz vermieden nete Bohrungen 14 bzw. 15 auf, die im Durchmesser wird. Vorzugsweise wird das Aufliegen des Ventil- kleiner sind als die Durchgangsbohrungen, plättchen« am äußeren Umfang dadurch hergestellt. Die Ventilplättcheti 11 sind im Durchmesser größer daß es mindestens am äußeren Rand die Gestalt eines als die Durchgangsbohrungen 9 bzw. 10. Auf ihrer dem stumpfen Kegels aufweist, dessen Spitze auf der dem 45 Ventilsitz 16 (Fig. 5) gegenüberliegenden Seite be-Sitz abgewendeten Seite liegt. Bei dieser Ausbildung sitzen die Ventilplättchen 11 eine Wölbung 17, die ist die Durchtrittsfläche der Luft im Ventilspalt bei höher ist als der Abstand zwischen Ventilsitzplatte 5 angehobenem Ventil innen, nur wenig kleiner als außen. und der HubbegTenzungsplatte 12 bzw. 13. Die wodurch die Verzögerung der Luft im Spalt geringer Wölbung 17 ragt so in die Bohrungen 14 bzw. 15 ist, als wenn der Ventilspalt durch zwei parallele 50 auch bei unten aufsitzendem Ventilplättchen hinein, Ebenen gebildet wird. Die Dämpfungsverhältnisse daß das Ventilplättchen nur wenig exzentrisch verkönnen daher durch die Wahl des Konuswinkels be- schoben werden kann. Auch bei größtmöglicher Vereinflußt werden. Schiebung wird die Durchgangsbohrung 9 bzw. 10

Die Wölbung der Ventilplättchen ist zwar bereits durch das Ventilplättchen 11 verschlossen, vorgeschlagen worden, doch sind bei einer bevorzug- 55 Der äußere Rand 18 des Ventilplättchens- 11 ist ten Ausbildung nach der Erfindung die Ventilplättchen kegelförmig geneigt, der Konuswinkel ist mit 19 bean ihrer dem Ventilsitz abgewendeten Seite ausge- zeichnet (Fig. 5). Da die Ausström- und Druckverwölbt ausgebildet, um hierdurch eine Führung der hältnisse am Ventilplättchen von diesem Konuswinkel Plättchen zu erreichen. Die Wölbung ragt teilweise in 19 abhängig sird, wird durch entsprechende Wahl eine koaxial zur Zuströmbohrung in der Hubbegren- 60 dieses Winkels die auf das Ventilplättchen wirkende zungsplatte angeordnete Bohrung hinein, wodurch die Bremskraft bestimmbar sein.

Ventilplättchen gegen größere seitliche' Verschiebun- Das hochgehobene Ventilplättchen wird durch die

gen gesichert und im hochgehobenen Zustand exakt Wölbung 17 in der Bohrung 15 der Hubbegrenzungs-

zentriert sind. In geschlossenem Zustand ergibt diese platte zentriert, zu welchem Zweck das innere Ende Formgebung· zwar eine weniger exakte Zentrierung, 65 der Bohrung 15 (bzw. 14) eine dem Neigungswinkel

die aber für die Funktion ohne schädlichen Einfluß ist. des aufliegenden Ventilplättchens 11 entsprechende

Nach jeder Hubbeiwegung fällt das Plättchen immer Ansenkung 20 aufweist. Das hochgehobene Ventil-

wieder weitestgehend zentrisch auf seinen Sitz zurück. plättchen 11 wird in. dieser Ansenkung 20 zentriert

Weitere Merkmale der Erfindung beziehen sich auf und daher darauffolgend wieder zentrisch auf den

die Ausbildung der Ventiisitzplatte, die Ausbildung 70 \^Tentilsitz auffallen. Hierbei ist auch eine gewisse

Schrägstellung des Ventilplättchens, wie sie in Fig. 5 gestrichelt eingezeiahnet und mit 11' bezeichnet ist, nicht von Nachteil.

Die untere HubbegTenzungsplatte 12 ist auf der Ventilsitzplatte 5 zentral mittels eines Zapfens 21 und eines äußeren Randes 22 zentriert und innerhalb der Einspannflächen 29 und 30 der Ventilsitzplatte 5 angeordnet. Die äußeren Druckventile 7 sind durch Ausnehmungen 38 im Zylinder 1 mit dessen: Innenraum in Verbindung. Die Befestigung der Hubbegrenzungsplatte 12 erfolgt z. B. mittels dreier durch die Ventilsitzplatte 5 hindurchtretender Schrauben 23, wobei zwischen Hubbegrenzungsplatte 12 und Ventilsitzplatte 5 Distanzringe 24 eingefügt sind. In ähnlicher Weise ist die obere, aus einem Kreisring bestehende Hubbegrenzungsplatte 13 mit der Ventilsitzplatte 15 mittels beispielsweise ebenfalls dreier Schrauben 25 und Distanzringe 26 befestigt. Die Schraubenmuttern 27 sind in diesem Falle in Vertiefungen 28 versenkt angebracht. Die Herstellung der Ventilsitz-platte ist infolge der sich ergebenden einfachen Form denkbar einfach. Die Hubibegrenzungsplatten 12 und 13 sind nicht gehärtet und nicht geschliffen, sondern nur gebohrt. Fräsarbeiten sind hierbei nicht erforderlich.

Zur besseren Kühlung der außanliegenden Druckventile sind erfindungsgemäß in der Ventilsitzplatte 5 von außen nach innen verlaufende Bohrungen 31 vorgesehen, die jeweils zwischen zwei axialen Durchgangsbohrungen 10 liegen. Jede der Bohrungen. 31 ist mit einem die Ventilsitzplatte 5 durchsetzenden, die Wasserräume 33 und 34 des Zylinders 1 und Zylinderkopfes 2 verbindenden Kühl-wasserkanal 32 in Verbindung. Die Bohrungen 31 sind außen durch Stopfen 35 abgeschlossen, die Emspannflächen 29 und 30 mittels zwischengelegter Dichtungen. 36 und 37 abgedichtet.

Die Funktion der Einzel ventile ist folgende: Durch den aus der Durchgangsbohrung austretenden Luftstrom wird das Ventilplättchen zunächst etwas hochgehoben. Bei Ausströmen der Luft vermindert sich die auf das Plättchen' einwirkende Kraft durch Um-Setzung eines Teiles des Druckes in Geschwindigkeit. Dies geht so weit, daß das Ventilplättchen zum Stillstand kommen, kann, noch ehe es die Hubbegrenzungsplatte berührt hat. Praktisch wird der dem Ventilplättchen zur Verfügung stehende Hub so groß gewählt sein, daß das Auf setzen des Ventilplättchens auf der Hubbegrenzungsplatte auch bei ungünstigen Betriebsverhäkniseen des Kompressors noch ganz sanft erfolgt.

Claims (9)

PATENTANSPRUCH:

1. Saug- und D ruck ventile für Kolbenkompressoren aus mehreren Einzelventilen, wobei die Verschlußstücke als kreisrunde Plättchen von größerem Durchmesser als die Zuströmbohrungen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Ventilplättchen (11) um so viel größer als der Durchmesser der kreisrunden Zuströmöffnungen (9, 10) ist, daß die durch Zuströmdruck und Zuströmquerschnitt gegebene Öffnungskraft der durch den Unterdruck im Ventilspalt gegebenen, entgegengesetzt wirkenden Kraft bei voll geöffnetem Ventil ganz oder nahezu das Gleichgewicht hält.

2. Ventile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Venitilfedern aufweisen.

3. Ventile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplättchen (11) so* geformt sind, daß sie mit ihren Sitzen in an sich bekannter Weise nur Linienberührung aufweisen.

4. Ventile nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplättchen (11) so· geformt sind, daß sie nur entlang ihrem äußeren Rand aufliegen.

5. Ventile nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieVentilplättchen (11) mindestens am äußeren Rand die Gestalt eines stumpfen Kegels aufweisen, dessen Spitze auf der dem Sitz abgewandten Seite liegt.

6. Ventile nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplättchen (11) an ihrer dem Sitz abgewandten Seite gewölbt ausgebildet sind und dadurch im geöffneten Zustand in einer koaxial zur Zuströmbohrung (9, 10) angeordneten Bohrung (14, 15) in einer Hubbeigrenzungsplatte (12, 13) zentriert sind.

7. Ventile nach, einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen der Saug- und Druckventile (6, 7) eine gemeinsame Ventilsitzplatte (5) besitzen, die in ihrem äußeren Umfang zwischen Zylinder (1) und Zylinderkopf (2) eingespannt ist.

8. Ventile nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten der Ventilsitzplatte (5) angeordneten Hubbegremzungsplatten (12, 13) für die Saug- und Druckventile (6, T) innerhalb der äußeren Einspannfläche der Ventilsitzplatte (5) angeordnet und je für sich mittels Schrauben (23, 25, 27) und Distanzringen (24, 26) an der Vent ils itzplatte (S) befestigt sind.

9. Ventile nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ventilsitzplatte (5) sackförmige Kühlwasserbohrungen (31) angeordnet sind, die von.außen nach innen etwa parallel zur Ventilsitzebene liegen und je mit einem die Einspannfläche der Ventilsitzplatte (5) zwischen Zylinderkopf (2) und Zylinder (1) durchsetzenden Kühiwasserkanal (32) in Verbindung stehen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 174 861, 213 136, 177, 921606;

französische Patentschrift Nr. 491 524; britische Patentschrift Nr. 157 078.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 809/189 12.