-
Ventilkopf für Pumpen und Kompressoren Die Erfindung geht aus von
einem Ventilkopf für Pumpen und Kompressoren mit hohem Arbeitsdruck mit einem zentralen,
die Saugleitung umschließenden, im Zylinderkopf festgehaltenen Kernstück, in dessen
Innerem das Saugventil angeordnet ist, und mit einem ringförmigen, auf der Außenfläche
des Kernstücks gleitenden Druckventilverschlußstück.
-
Es sind bereits Ventilköpfe mit konzentrisch angeordneten Saug- und
Druckventilen der obengenannten Art bekannt, deren Abdichtungskreise völlig oder
wenigstens angenähert in der gleichen Ebene liegen. Diese Ventilköpfe sind aber
nur für niedrige Drücke geeignet, da in der Formgebung der dem Gas- oder Flüssigkeitsdruck
ausgesetzten Ventilteile, die bei den hohen Drücken auftretenden gefährlichen Spannungserhöhungen
durch den Einfluß der Kerbwirkung konstruktiv außer acht gelassen wurden.
-
Durch die fortschreitende Entwicklung der Hochdrucktechnik in den
letzten Jahren gewinnt der Bau von Pumpen und Kompressoren bis zu mehreren tausend
Atmosphären Betriebsdrücken immer mehr an Bedeutung. Da derartige Maschinen jedoch
absolut betriebssicher arbeiten müssen, ist die Beanspruchung der hierzu verwendeten
Werkstoffe, die bei den hohen Drücken naturgemäß höher liegt als die im Maschinenbau
bei normalen Drücken zugelassene, besonders zu beachten.
-
Die Gefährdung bei Verdichtern und Pumpen, daß durch hohe Betriebsdrücke
an den Ventilköpfen Dauerbrüche auftreten, ist dadurch bedingt, daß im Ventilkopf,
der im Innern einem pulsierenden Druck ausgesetzt ist, das Saug- und Druckventil
angeordnet werden muß, wodurch Durchdringungsstelldn an Bohrungen entstehen, die
Kerbstellen bilden und dadurch Anlaß zu beträchtlichen Spannungserhöhungen geben.
Durch sorgfältige Ausrundung und Oberflächenbearbeitung der Durchdringungsstelle
können die auftretenden Spannungsspitzen wohl etwas reduziert werden, eine gänzliche
Beseitigung ist jedoch durch derartige Maßnahmen nicht möglich.
-
In Hochdruckzylindern oder Gefäßen mit konstantem hohem Innendruck
sind derartige Spannungsspitzen im allgemeinen ungefährlich; selbst wenn die Spannung
an der Kerbstelle über die Streckgrenze des Materials hinausgehen sollte, wird sie
bei Werkstoll mit ausreichender Dehnung durch Fließen, also durch plastische Verformung,
ausgeglichen. Die Spannung wird dadurch gleichmäßiger und über den Querschnitt besser
verteilt, und eine Bruchgefahr ist, solange das Fließen örtlich beschränkt bleibt
und nicht die äußere Phase erreicht, nicht gegeben.
-
Anders ist es dagegen bei den Ventilköpfen, in denen der Druck bei
jeder Umdrehung des Kompressors oder der Pumpe zwischen dem Ansaugedruck und dem
Enddruck schwankt. Hierbei ist nicht die höchste auftretende Beanspruchung für die
Bruchgefahr bestimmend, sondern der Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten
auftretenden Spannung. Im Wesen der Erfindung liegt die Vermeidung jeglicher Kerbstellen
und damit unerwünschter Spannungen im Werkstoff in denjenigen Teilen des: Ventilkopfes,
die wechselnden Drücken ausgesetzt sind, und in der Anordnung der unvermeidlichen
Kerbstellen, die z. B. durch die Durchdringung von Bohrungen entstehen, in einem
Teil des Ventilkopfes, wo kaum pulsierende Spannungen auftreten und wo die Kerbstellen
deshalb ungefährlich sind.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist, für Pumpen und Kompressoren mit höhen
Arbeitsdrücken einen Ventilkopf mit konzentrisch angeordneten Saug- und Druckventilen
zu schaffen, bei dem durch die besondere Formgebung die Gefahr der Dauerbrüche ausgeschaltet
ist, die dadurch entstehen, daß im Bereich hoher Wechselspannungen Durchdringungen
von Bohrungen und Kerbstellen vorhanden sind.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem
Ventilkopf der eingangs genannten Art das Ende des Kernstücks, in dem sich das Saugventil
befindet, frei und ohne radiale Verbindung in die Zylinderbüchse hineinragt und
daß in an sich bekannter Weise die Abdichtungskreise der Saug- und Druckventilverschlußstücke
in der gleichen Ebene liegen.
-
Der Innenraum des Zylinders, wo sich der Druck periodisch zwischen
dem Ansauge- und Enddruck ändert, ist durch die Pulsation des Druckes einer besonderen
Gefahr ausgesetzt. Gemäß Erfindung werden
jedoch im Zylinder alle
Kerbstellen dadurch vermieden, daß der Raum rein zylindrisch und ohne jegliche Veränderung
des Querschnittes ausgeführt wird, so daß hier das Auftreten gefährlicher Materialbeanspruchungen
ausgeschaltet ist.
-
Im Druckraum oberhalb des ringförmigen Druckventil-Verschlußstückes
wird ein ringförmiger Raum für das Abströmen des gespannten, flüssigen oder gasförmigen
Mediums vorgesehen. Bei der nach dem bisherigen Stand der Technik üblichen Anordnung
wurden für diese Abströmkammer Rillen oder ein Kranz mit Bohrungen angebracht, deren
Kerbstellen eine Gefährdung bedeuten. Er&ndungsgemäß werden bei dem neuen Ventilkopf
auch hier die Kerbstellen vollständig vermieden.
-
Bei dem im Zylinderkopf eingesetzten Kernstück, das mit dem Zylinder
weder durch Rippen noch durch sonst eine Art verbunden ist, ist es nicht möglich,
das ringförmige Druckventil-Verschlußstück auf einer Dichtleiste an seinem inneren
und äußeren Rand gleichzeitig aufsitzen zu lassen, da sich diese Dichtflächen an
verschiedenen Teilen befinden würden und anzunehmen ist, daß sie durch die Einwirkung
des Betriebsdruckes nicht auf der gleichen Höhe bleiben wurden und außerdem dies
auch bearbeitungsgemäß in exakter Weise nicht zu erzielen ist. Erfindungsgemäß wird
diese Schwierigkeit dadurch gelöst, daß das ringförmige Druckventil-Verschlußstück
auf dem äußeren zylindrischen Teil des Kernstückes gleitend angeordnet wird, wobei
die Dimensionierung des Durchmessers so erfolgt, daß es sich unter dem Druck des
Betriebsmittels elastisch deformiert und sich dabei dicht an das Kernstück anlegt.
Zur Erhöhung der Gleitsicherheit können die Gleitflächen des ringförmigen Druckventil-Verschlußstückes
oder die des zentral angeordneten Kernstückes mit Werkstoff von besonderen Gleiteigenschaften
versehen werden.
-
Der als Ventilsitz dienende innere Rand der Zylinderbüchse wird aasgeschrägt.
In diese Abschrägung legt sich beim Schließvorgang die als Kegelstumpfmantel ausgebildete
Dichtfläche des ringförmigen Druckventil-Verschlußstückes.
-
Es ist aber auch möglich, auf der oberen Stirnfläche der Zylinderbüchse
einen auswechselbaren Ring mit Dichtleiste als Ventilsitz anzubringen, falls ein
Einschlagen des Ventilsitzes befürchtet wird und eine Auswechselbarkeit deshalb
erwünscht erscheint. Beschädigte Dichtflächen können auch an diesem auswechselbaren
Ring ohne großen Aufwand nachgearbeitet werden.
-
Durch diese konstruktiven Maßnahmen werden die Kerbwirkungen vollständig
ausgeschaltet. In der noch einzigen bestehenden Durchdringungsstelle, und zwar da,
wo die Abströmbohrung für das gespannte Medium in den ringförmigen Innenraum einmündet,
besteht keine Gefahrenquelle, da sie gleichbleibendem Druck ausgesetzt ist.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 die Ausführungsform mit Dichtung des Druckventil-Verschlußstücks
an der Zylinderbüchse, F i g. 2 die Ausführungsform mit Dichtung des Druckventil-Verschlußstücks
an einem auswechselbaren Ventilring.
-
In einer starkwandigen Zylinderbüchse 1 bewegt sich ein Hochdruckkolben
2, dessen Abdichtung als unerheblich für die Erfindung in der Zeichnung nicht dargestellt
ist. Durch kräftige Schrauben 3 wird der Ventilkopf auf die Zylinderbüchse 1 aufgepreßt;
der Ventilkopf besteht aus einem Mittelstück 4 und einem Flansch 5.
-
In diesem Ventilkopf befindet sich ein Kernstück 6, welches die Zuleitung
des Mediums enthält und welches an seinem unteren Ende von dem Saugventil ? verschlossen
wird.
-
Am äußeren Umfang des Kernstückes 6 ist das ringförmige Druckventil-Verschlußstück
8 gleitend geführt. Wie an sich bekannt, wird der Abdichtungskreis des Saugventils?
und der Abdichtungskreis des Druckventil-Verschlußstückes 8 in die gleiche Ebene
AA
gelegt.
-
Dadurch wird erreicht, daß wechselnde Drücke nur unterhalb der Ebene
A-A auftreten können. Hier befinden sich jedoch keine Durchdringungen, Bohrungen
oder sonstige Kerbstellen, die unter wechselndem Druck zu gefährlichen Spannungserhöhungen
Anlaß geben könnten. Lediglich in der Führung 9 des Saugventil-Verschlußstücks 7
müssen einige Löcher für den Gasdurchtritt angebracht werden. Diese Löcher sind
jedoch ungefährlich, da die Führung 9 allseitig dem gleichen Druck ausgesetzt und
daher durch den Druck nicht unter Zugspannung gesetzt wird.
-
Die unvermeidliche Durchdringungsstelle, welche im Mittelstück 4 am
Durchbruch der radialen Bohrung zur Mittelbohrung entsteht, ist gleichfalls ungefährlich,
da sie sich in einem Gebiet konstanten Druckes befindet, wo entsprechend dem eingangs
Gesagten keine hohen Wechselspannungen auftreten.
-
Das ringförmige Druckventil-Verschlußstück 8, das auf dem Mittelstück
gleitend geführt ist, wird in geschlossenem Zustand durch den herrschenden äußeren
überdruck elastisch deformiert und legt sich daher vollkommen dicht an das Mittelstück
6 an.
-
Am äußeren Umfang kann das Druckventil-Verschlußstück 8, wie in der
F i g.1 dargestellt ist, unmittelbar auf den Rand der Zylinderbüchse dichten, wodurch
eine besonders einfache Konstruktion entsteht. Es ist selbstverständlich auch möglich,
wie dies die F i g. 2 zeigt, auf die Zylinderbüchse einen auswechselbaren ringförmigen
Ventilsitz 10 aufzulegen, falls ein Einschlagen des Ventilsitzes befürchtet
wird und eine Auswechselbarkeit aus diesem Grunde erwünscht scheint.
-
Im Mittelstück 4 ist es notwendig, der zentralen Bohrung einen
größeren Durchmesser zu geben als den Durchmesser der Zylinderbüchse 1. Diese Veränderung
des Durchmessers würde wiederum zur schroffen Spannungsänderung und damit zu einer
Kerbwirkung Anlaß geben, wenn die Zylinderbüchse 1 und das Mittelstück 4 aus einem
Stück angefertigt würden. Gemäß der Erfindung wird eine Spannungserhöhung an dieser
Stelle durch die Anordnung einer Trennfuge zwischen Zylinderbüchse und Mittelstück.
vermieden.
-
Das Saugventil kann auch als Kugelventil oder als Plattenventil ausgebildet
werden. Ebenfalls könnte dem ringförmigen Druckventil-Verschlußstück eine andere
Querschnittsform gegeben werden. Wesentlich ist lediglich, daß die Abdichtungskreise
beider Ventil-Verschlußstücke sich in der gleichen Ebene A-A befinden.