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Ventil, insbesondere Saug- oder Druckventil für Kolbenverdichter Die
Erfindung bezieht sich auf ein Ventil, insbesondere Saug- oder Druckventil für Kolbenverdichter,
mit mehreren konzentrischen Durchströmkanälen und einer zwischen Sitz und Fänger
angeordneten, aus mehreren konzentrischen Ringen bestehenden elastischen Verschlußplatte,
deren benachbarte Ringe untereinander nur durch höchstens zwei Stege verbunden sind.
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Bei den Ventilen dieser Bauart, insbesondere bei Saug- oder Druckventilen
von Kolbenverdichtern mit hohen Drehzahlen, sind die Laufzeiten der beweglichen
Plattenteile oft unbefriedigend, weil nicht nur die Anzahl der beim Auftreffen der
Verschlußplatte auf den Ventilsitz und den Fänger entstehenden Schläge, sondern
auch deren Stärke mit der Drehzahl erheblich zunimmt. Diese Schlagbeanspruchungen
übertreffen oft die Biegespannungen der Verschlußplatte infolge des auf ihr in der
Schließstellung lastenden Differenzdruckes des geförderten Mediums und überlagern
sich den beträchtlichen Eigenspannungen, die in der Verschlußplatte nach der Fertigung
verbleiben oder im Betrieb z. B. durch ungleichmäßige Erwärmung entstehen. Vor allem
sind die Eigenspannungen bei den bekannten Schlitzplatten von Mehrringventilen beachtlich,
während sie bei Ventilen mit voneinander unabhängigen Einzelringen verständlicherweise
weit kleiner sind. Die Schlitzplatten besitzen jedoch erhebliche Vorteile, z. B.
hinsichtlich der gleitenden oder reibungsfreien Führung, der Anordnung von Schließfedern
u. a., so daß eine Verbesserung der Schlitzplatten besonders wichtig erscheint.
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Es wurde bereits versucht, die Lebensdauer von Schlitzplatten durch
die Anordnung zusätzlicher radialer Schlitze zu vergrößern, durch welche die Elastizität
der Platte erhöht wird. Bei dieser Ausführung können aber nicht die üblichen Ventilsitze
verwendet werden, die zur Erzielung einwandfreier Dichtleisten oberhalb ihrer Radialstege
durch Drehen hergestellte Ringnuten aufweisen, weil an den Kreuzungsstellen dieser
Ringnuten mit den radialen Schlitzen der Verschlußplatte Undichtheitsstellen entstehen
würden.
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Ferner ist es bei einer aus vollen Ringen bestehenden Verschlußplatte
bereits bekannt, die benachbarten Ringe zur Erzielung einer Selbstfederung der Platte
untereinander nur durch zwei Stege zu verbinden und die Teile eines Ringes zwischen
den Stegen als Befederung wellenförmig aufzubiegen. Dadurch wird in dem als eigentliche
Verschlußplatte wirkenden Bereich, in dem die Verbindungsstege zwischen den benachbarten
Ringen um 90° in Umfangsrichtung der Platte gegeneinander versetzt sind, aber auch
keine wesentliche Verbesserung der Elastizität der Schlitzplatte erreicht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die aus mehreren konzentrischen
Ringen bestehenden Verschlußplatten der eingangs genannten Ventile zur Erzielung
einer größeren Lebensdauer und auch zur Verringerung der Betriebsgeräusche elastischer
zu gestalten. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß alle Verbindungsstege
auf demselben Durchmesser der Verschlußplatte liegen. Durch diese Ausbildung ergibt
sich eine erhebliche Steigerung der Nachgiebigkeit der Verschlußplatte sowohl in
ihrer Ebene als auch senkrecht dazu, wodurch die von der Fertigstellung her verbliebenen
oder durch ungleichmäßige Erwärmung im Betrieb entstehenden Eigenspannungen sowie
die Schlagbeanspruchungen weitgehend verringert werden. Die Lebensdauer der Verschlußplatte
wird dadurch erheblich erhöht, so daß diese insbesondere auch für Ventile von Kolbenverdichtern
mit hohen Drehzahlen vorteilhaft geeignet ist.
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Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene weitere Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Ventils möglich. So kann zwecks weiterer Steigerung der Elastizität
der Verschlußplatte zwischen den benachbarten Ringen derselben nur je ein Verbindungssteg
vorgesehen sein, wobei entweder alle Verbindungsstege auf einem Radius der Platte
oder die Verbindungsstege abwechselnd auf gegenüberliegenden
Seiten
der Plattenmitte liegen. Ferner kann die Ventilplatte nur im Bereich des durch die
Verbindungsstege hindurchgehenden oder dazu senkrecht liegenden Durchmessers durch
Schließfedern, z. B. durch eine oder mehrere aus konzentrischen Ringen bestehende
Federplatten, Schraubenfedern oder Zungenfedern, belastet sein. Die Verschlußplatte
hebt sich dabei ungleichmäßig vom Ventilsitz ab und trifft auch nicht mit ihrer
ganzen Fläche gleichzeitig auf dem Fänger auf, wodurch eine Schlagdämpfung erzielt
und die Lebensdauer der Platte weiter verbessert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verschlußplatte
durch wenigstens eine Federplatte belastet, deren konzentrische Ringe durch auf
demselben Durchmesser der Federplatte liegende Stege verbunden sind und die ungefähr
nach einer Zylinderfläche gewölbt ist, wobei die Erzeugende der Zylinderfläche parallel
zu dem durch die Verbindungsstege gehenden Durchmesser der Federplatte verläuft.
Zylindrisch gewölbte Federplatten sind zwar an sich schon bekannt, jedoch nur bei
Einringventilen und bei Schlitzplatten, deren benachbarte Ringe- untereinander durch
mehrere über den Plattenumfang verteilte Stege miteinander verbunden sind. .Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung der Federplatte ergibt sich im Zusammenwirken mit
der stegarmen Ausbildung der Verschlußplatte gemäß der Erfindung ein vorteilhaftes
elastisches Arbeiten der plattenförmigen Teile des Ventils, wodurch deren Lebensdauer
vergrößert und die Betriebsgeräusche, ; insbesondere durch Dämpfung der Aufschläge,
verringert werden. Im gleichen Sinne wirkt auch die gemäß der Erfindung noch mögliche
Maßnahme, die Verschlußplatte in nicht eingebautem Zustand vorzugsweise zylindrisch
zu wölben. Neben der zylindrischen Vorwölbung hat sich z. B. auch eine tellerförmige
Vorwölbung der Verschlußplatte als vorteilhaft erwiesen.
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Besonders einfache Bauarten des Ventils nach der Erfindung ergeben
sich bei Verwendung von bei Einringventilen bekannten gewölbten Fängern und unter
Ausnutzung der Selbstfederung der Verschlußplatten. Man kann die Verschlußplatte
erfindungsgemäß im Bereich ihres Durchmessers, auf dem die Verbindungsstege liegen,
wie an sich bei Einringventilen bekannt, zwischen dem Sitz und dem zylindrisch gewölbten
Fänger einspannen. Die Einspannung kann aber auch im Bereich des äußeren Ringes
der Verschlußplatte erfolgen, wobei die Erzeugende der zylindrischen Wölbung des
Fängers und der durch die Verbindungsstege gehende Durchmesser der Verschlußplatte
einander ungefähr senkrecht kreuzen. Man erhält dadurch klappenähnlich wirkende
Anordnungen, die sich durch besondere Geräuscharmut auszeichnen. Die bisher bekannten
Verschlußplatten mit mehreren Ringen sind zufolge ihrer verhältnismäßig geringen
Elastizität für derartige Ausführungen weniger geeignet. Schließlich kann erfindungsgemäß
auch der Fänger aus durch Stege verbundenen konzentrischen Ringen bestehen und können
die Stege, vorzugsweise in derselben Anordnung wie bei der Verschlußplatte und/oder
der Federplatte, auf demselben Durchmesser des Fängers liegen.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in i den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen F i g. 1 bis 3 eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ventils, wobei in F i g. 1 das Ventil- im Axialschnitt, in F i g. 2 die Federplatte
im Grundriß und in F i g. 3 die Verschlußplatte im Grundriß dargestellt ist; die-
aus F i g.1 ersichtlichen Schnitte der Federplatte und der Verschlußplatte sind
durch die Linien I-I in den F i g. 2 und 3 angegeben, F i g. 4 und 5 weitere Varianten
der Verschlußplatte nach der Erfindung im Grundriß, F i g. 6 und 7 ein weiteres
Ausführungbeispiel, und zwar zeigt F i g. 6 einen Axialschnitt durch das Ventil
und F i g. 7 den gemeinsamen Grundriß der hier gleich ausgeführten Federplatte und
Verschlußplatte, F i g. 8 bis 10 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und
zwar zeigt F i g. 8 einen Axialschnitt durch das Ventil, F i g. 9 die Federplatte
im Grundriß und F i g. 10 die Verschlußplatte im Grundriß; die Schnittführung durch
die Federplatte und die Verschlußplatte in F i g. 8 ist in den F i g. 9 und 10 mit
der Linie VIII-VIII bezeichnet, F i g. 11 eine beispielsweise Ausführungsform der
Verschlußplatte nach der Erfindung im Querschnitt, F i g. 12 und 13 ein anderes
Ausführungsbeispiel, wobei in F i g. 12 das Ventil im Axialschnitt und in F i g.
13 die zugehörige Verschlußplatte im Grundriß dargestellt ist, F i g. 14 und 15
noch ein weiteres Ausführungsbeispiel, und zwar zeigt F i g. 14 einen Axialschnitt
durch das Ventil und F i g. 15 den Grundriß der Verschlußplatte, F i g. 16 schließlich
den Grundriß einer beispielsweisen Ausführungsform des Fängers des erfindungsgemäßen
Ventils.
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In allen Figuren der Zeichnungen sind die gleichen Teile des Ventils
auch mit den gleichen Ziffern bezeichnet.
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Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Ventil besteht aus dem Ventilsitz
1 und dem Fänger 2, welche Teile durch die Schraube 3 mit der Mutter 4 miteinander
verbunden sind. Zwischen Ventilsitz 1 und Fänger 2 ist ein Beilagring 5 vorgesehen,
der den Abstand zwischen .den beiden Teilen bestimmt und in diesem Fall auch zur
Führung der Verschlußplatte 6 dient, die im Zwischenraum zwischen Ventilsitz 1 und
Fänger 2 verschiebbar angeordnet ist. Die Verschlußplatte 6 ist durch eine Federplatte
7 belastet. Im Ventilsitz 1 sind Durchströmkanäle 8 und im Fänger 2 Durchströmkanäle
9 vorgesehen.
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Die aus F i g. 2 ersichtliche Federplatte 7 besteht aus konzentrischen
Ringteilen, die durch radiale Stege 10 verbunden und an ihren Enden als Federzungen
11 aus der Ebene der Federplatte herausgezogen sind. Die Verschlußplatte 6 nach
F i g . 3 besteht aus vollen konzentrischen Ringen 12, die durch Verbindungsstege
13 miteinander verbunden sind. Die in der Verschlußplatte 6 und in der Federplatte
7 vorgesehene Bohrung 14 dient zum Hindurchtritt eines im Ventilsitz 1 oder
im Fänger 2 befestigten Stiftes, der die Platten 6, 7 gegen Drehung sichert. Die
Verbindungsstege 13 zwischen allen benachbarten Ringen 12 liegen auf demselben Durchmesser
der Verschlußplatte 6, so daß die Ringteile zwischen den Verbindungsstegen 13 unabhängig
voneinander beweglich sind. Die Verschlußplatte 6 ist dadurch sowohl in ihrer Ebene
als auch senkrecht dazu elastisch, so daß sich einerseits Eigenspannungen, insbesondere
bei ungleichmäßiger Erwärmung auftretende innere Spannungen, ausgleichen können
und sich andererseits eine Verminderung der Schlaghärte beim Öffnen und Schließen
des Ventils ergibt. Durch beide Wirkungen
wird die Lebensdauer
der Ventilplatte wesentlich erhöht.
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Das elastische Arbeiten des Ventils wird bei dieser Ausführung auch
noch dadurch verbessert, daß die Federplatte 7 die Verschlußplatte 6 lediglich im
Bereich eines Durchmessers, und zwar im Bereich des Durchmessers, auf dem die Verbindungsstege
13 liegen, belastet. Die unbelasteten freien Teile der Ringe 12 werden daher früher
die zugehörigen Bereiche der Durchströmkanäle 8 öffnen und diese später schließen
als die durch die Federplatte 7 unmittelbar belasteten Ringteile, wobei die Verschlußplatte
6 elastisch verformt bzw. gewölbt wird und dadurch die Aufschläge auf den Ventilsitz
1 und auf den Fänger 2 gedämpft werden. Die Verschlußplatte 6 kann aber auch längs
eines anderen Durchmessers, insbesondere senkrecht zu dem durch die Verbindungsstege
gehenden Durchmesser, belastet werden.
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Bei der Verschlußplatte 6 nach F i g. 3 besitzen die Ringe 12 auf
beiden Seiten der Plattenmitte Verbindungsstege 13, wogegen bei den Ausführungen
nach den F i g. 4 und 5 zwischen den benachbarten Ringen 12 der Verschlußplatte
6 nur je ein Verbindungssteg 13 vorgesehen ist. Gemäß F i g. 4 liegen alle Verbindungsstege
13 auf einem Radius der Platte, wogegen sie gemäß F i g. 5 abwechselnd auf verschiedenen
Seiten der Plattenmitte vorgesehen sind. Es ist aus diesen Beispielen leicht zu
erkennen, daß durch eine geeignete Verteilung der Verbindungsstege 13 entlang desselben
Durchmessers der Verschlußplatte 6, allenfalls auch durch eine Variation der Stegbreiten,
die Elastizität der Verschlußplatte 6 den jeweiligen Wünschen angepaßt werden kann.
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Die Ausführung nach den F i g. 6 und 7 unterscheidet sich von dem
in F i g. 1 bis 3 gezeigten Ventil durch Verwendung einer Federplatte 7, deren Grundriß
genau dem Grundriß der Verschlußplatte 6 entspricht. In F i g. 7 ist dieser Grundriß
dargestellt, wobei alle Verbindungsstege 13 zwischen den konzentrischen Ringen 12
auf demselben Durchmesser der Verschlußplatte 6 bzw. der Federplatte 7 liegen. Außerdem
ist die Federplatte 7, wie aus F i g. 6 hervorgeht, ungefähr nach einer Zylinderfläche
gewölbt, deren Erzeugende parallel zu dem durch die Verbindungsstege 13 gehenden
Durchmesser der Federplatte 7 verläuft. Im Ventil nach F i g. 6 ist die Hohlseite
der Federplatte 7 dem Fänger 2 zugekehrt und liegen die Verbindungsstege 13 der
beiden Platten 6 und 7 genau übereinander. Die Verschlußplatte 6 wird dabei entlang
des Durchmessers, auf dem die Verbindungsstege 13 liegen, belastet. Dadurch ergibt
sich ein besonders vorteilhaftes Arbeiten des Ventils. Am Beginn des öffnens oder
bei kleinen Durchflußmengen werden die Platten 6 und 7 im Bereich der Verbindungsstege
13 nicht angehoben, sondern es werden nur die links und rechts der Verbindungsstege
13 liegenden freien Ringteile der Verschlußplatte 6 mehr oder weniger an die Federplatte
7 angedrückt. Erst bei entsprechend großem Durchiluß wird das Ventil voll geöffnet
und ergibt dann den kleinsten Durchilußwiderstand. Es ist dabei möglich, durch Wahl
der Stärke der Verschlußplatte und der Federplatte, durch Änderung der Anzahl der
im Ventil verwendeten Federplatten und deren Wölbungshöhen u. dgl. das Arbeiten
des Ventils ganz erheblich im jeweils gewünschten Sinne zu beeinflussen.
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Die weitere Ausführungsform nach den F i g. 8 bis 10 unterscheidet
sich von dem Ventil nach den F i g. 6 und 7 durch Verwendung einer reibungslos geführten
Verschlußplatte 6 und einer ebensolchen Federplatte 7, die überdies ihre Hohlseite
der Verschlußplatte 6 zukehrt, sie also mit den Außenrändern ihrer Ringe berührt.
Dies kann im Steg-Bereich der Verschlußplatte 6 erfolgen, wozu die Durchmesser der
Verschlußplatte 6 und der Federplatte 7, auf denen die Verbindungsstege 13 liegen,
einander senkrecht kreuzen, wie die F i g. 9 und 10 zeigen. Bei dieser Lage der
Federplatte 7 verringert sich gegenüber der Ausführung nach F i g. 6, bei der die
Hohlseite dem Fänger 2 zugekehrt ist, die mit der Verschlußplatte 6 mitbewegte Masse
der Federplatte 7, was vor allem bei hohen Drehzahlen des Kompressors vorteilhaft
ist. Auch kann man die Kräfte, welche die verschiedenen Ringe der Federplatte belasten,
leichter einzeln messen und justieren, als dies bei nach oben gerichteter Hohlseite
möglich ist.
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Die bei den Ventilen nach der Erfindung verwendeten Verschlußplatten
6 können, wie bei Vielstegplatten üblich, im nicht eingebauten Zustand eben sein.
Sie können aber auch vorgewölbt sein, wie beispielsweise die F i g. 11 zeigt, in
der die Verschlußplatte 6 ungefähr zylindrisch vorgewölbt ist. Dabei kann die Erzeugende
des Zylinders parallel oder senkrecht zu dem durch die Verbindungsstege gehenden
Durchmesser liegen. Ferner kann die Verschlußplatte 6 im eingebauten Zustand mit
ihrer Hohlseite dem Ventilsitz zugekehrt sein, wobei sie im Scheitelbereich durch
Federn belastet oder festgeklemmt ist, oder sie kann mit der Hohlseite gegen den
Fänger zu liegen, wobei dann die Belastung außen im Bereich der aufgewölbten Ringteile
erfolgt.
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Die zwei in den F i g. 12 bis 15 dargestellten, besonders einfachen
Ventilbauformen können bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verschlußplatten 6 unter
Ausnutzung ihrer - allenfalls durch Vorwölbung in geeignetem Sinn veränderten -
Selbstfederung erhalten werden. Eine eigene Befederung ist dabei überflüssig. Bei
dem Ventil entsprechend den F i g. 12 und 13 ist die Verschlußplatte 6 längs des
Durchmessers, auf dem die Verbindungsstege 13 liegen, gegen den Ventilsitz 1 unter
Zwischenschaltung des Fängers 2 mit Hilfe einer Mittelschraube 3 und der Mutter
4 festgeklemmt. Mindestens die Unterseite des Fängers 2 ist zylindrisch ausgebildet,
und zwar verläuft die Zylindererzeugende hier parallel zu dem durch die Verbindungsstege
13 gehenden Durchmesser der Verschlußplatte 6. Das durchströmende Medium wird die
offensichtlich klappenähnlich arbeitende Verschlußplatte 6 anheben, und ihr öffnen
und Schließen kann durch Abwälzen am Fänger 2 praktisch schlagfrei und geräuschlos
erfolgen.
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Ähnlich arbeitet das Ventil nach den F i g. 14 und 15, wobei die Verschlußplatte
6 jedoch an ihrem äußeren Rand mittels Schrauben 3 und Muttern 4 festgeklemmt ist.
Weiter verlaufen hier der Durchmesser der Verschlußplatte 6, auf dem die Verbindungsstege
13 liegen, und die Zylindererzeugende des gewölbten Fängers 2 nicht parallel zueinander,
sondern sie kreuzen sich senkrecht. Diese Bauform ist zweckmäßig, wenn eine einseitige
Abströmung nach dem Ventil erwünscht ist, während Ventile nach den F i g. 12 und
13 für symmetrische Abströmung geeigneter sind. Beide Konstruktionen benötigen nur
wenige Bauteile und sind daher wirtschaftlich vorteilhaft.
Die F
i g. 16 zeigt schließlich den Grundriß eines Fängers 2, bei dem die Verbindungsstege
1.5 in gleicher Anordnung wie bei der zugehörigen Verschlußplatte auf demselben
Durchmesser des Fängers 2 liegen. Zweckmäßig decken sich im Ventil die Verbindungsstege
von Verschlußplatte, allenfalls vorgesehenen Federplatten und Fänger 2, so daß sich
größere Kanalquerschnitte und kleinere Durchströmwiderstände ergeben.