DE1188884B - Ventilkopf fuer Pumpen und Kompressoren - Google Patents

Ventilkopf fuer Pumpen und Kompressoren

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DE1188884B
DE1188884B DEM46652A DEM0046652A DE1188884B DE 1188884 B DE1188884 B DE 1188884B DE M46652 A DEM46652 A DE M46652A DE M0046652 A DEM0046652 A DE M0046652A DE 1188884 B DE1188884 B DE 1188884B
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Maschinenfabrik Burckhardt AG
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    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/125Cylinder heads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B37/12Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high pressure
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    • F04B39/10Adaptations or arrangements of distribution members
    • F04B39/102Adaptations or arrangements of distribution members the members being disc valves
    • F04B39/1033Adaptations or arrangements of distribution members the members being disc valves annular disc valves

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Compressor (AREA)

Description

  • 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.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. 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 Kernstükkes gleitenden Druckventil-Verschlußstück, d adurch gekennzeichnet, daß das Ende des Kernstückes (6), in dem sich das Saugventil (7) befindet, frei und ohne radiale Verbindung in die Zylinderbüchse (1) hineinragt und daß in an sich bekannter Weise die Abdichtungskreise der Saug- und Druckventil-Verschlußstücke (7 und 8) in der gleichen Ebene (A-A) liegen.
  2. 2. Ventilkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem als Ventilsitz dienenden inneren Rand der Zylinderbüchse (1) abdichtende Fläche das aus elastisch deformierbarem Material bestehende Druckventil-Verschlußstück (8) als Kegelstumpfmantel ausgebildet ist.
  3. 3. Ventilkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Kernstück (6) gleitende, ringföhnige Druckventil-Verschlußstück (8) in einem besonderen, auf der oberen Stirnseite der Zylinderbüchse aufliegenden auswechselbaren, ringförmigen Ventilsitz (10) abdichtet.
  4. 4. Ventilkopf -nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Unterbringung des Druckventils nötige Raum größeren Durchmessers als die Zylinderbüchse(1) in einem ringförmigen, von der rein zylindrischen Zylinderbüchse getrennten Zylinderkopfteil (4) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 27 215; französische Patentschriften Nr. 330 876, 1017 683; USA.-Patentschriften Nr. 986122, 1361933, 1628096.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995029338A1 (de) * 1994-04-27 1995-11-02 Boeswirth Leopold Verdichterventil

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FR330876A (fr) * 1903-04-03 1903-08-26 Richard Whitaker Perfectionnements relatifs aux pompes
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FR1017683A (fr) * 1949-05-25 1952-12-17 Injector Company A B Soupape de refoulement pour pompes à combustible des moteurs à combustion interne

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