DE19525820C1 - Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Vor Einsatz von Magneten in den Ventilelementen wurden die beweglichen Ventilelemente durch Metallfedern in ih­ rer Bewegung unterstützt. Durch Resonanzen, variable Drehzahlen, Materialermüdungen, durch aggressive oder mechanische Zerstörung und dgl. sind die Federn in ihrer Lebensdauer begrenzt. Dies führt häufig zu Schäden in den Ventilen und letztlich zu Folgeschäden in dem Ver­ dichter.

In der DE 33 38 111 A1 wird zur Lösung die­ ser Probleme ein gattungsgemäßes Ventil vorgeschlagen.

Allerdings werden die kritischen Strömungsverhältnisse bei den durch Druckdifferenzen betätigten Ventilen nicht hinreichend betrachtet. Es werden lediglich "hinreichend große Durchflußöffnungen" vorgeschlagen. Auch die Ver­ minderung der Reibung der - sehr intensiv bewegten - Ventile wird weder angesprochen noch angestrebt. Es wer­ den lediglich "abgerundete Kanten" empfohlen, um ein Verkanten zu vermeiden. Damit werden nach dieser Lehre gebaute Ventile nicht den Anforderungen an lange Standzei­ ten und schnelles Schalten gerecht. Unerwünschte Wirbel können zu schwerem Schalten und vorzeitiger Ermüdung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für große Standzeiten zu schaffen, in dem die Strömungs- und Reibungsverhältnisse den Bewegungsablauf des Ventil­ elements optimal unterstützen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung an.

Es wird vorgeschlagen, n Stützabschnitte an jedem der in zylindrischen Ausnehmungen angeordneten Ventilfängerele­ mente vorzusehen, über die diese mit in den Ventilfän­ gerträger verrastet sind, so daß jedes Ventilfängerelement in einer Stellung gehaltert ist, die der geöffneten Stellung jedes der in zylindrischen Ausnehmungen des Ventilsitzträgers angeordneten Ventilelemente ent­ spricht.

Die Verwendung magnetischer Elemente hat den Vorteil, daß mit dem zunehmenden Annähern an den Gegenmagneten die Abstoßungskraft überproportional steigt, was dem ge­ wünschten Bewegungsverhalten der Ventilelemente besser entspricht, als dies bei den bisher verwendeten Federn, die eine im wesentlichen lineare Kennlinie haben, der Fall ist.

In den Ventilfängerelementen können die gleichen Magnet­ elemente wie in den Ventilelementen verwendet werden. Die Wahl der jeweils der für die jeweiligen Betriebsbe­ dingungen geeignete Magnetkraft kann dadurch erreicht werden, daß in den Ventilelementen und in den Fängerele­ menten zylindrische Bohrungen vorgesehen werden, in de­ nen scheibenförmige Magnetelemente eingesetzt werden können. Die verbleibenden Hohlräume können beispielswei­ se durch aus Kunststoff bestehende Abstandshalter ge­ hüllt werden. Das Ventilelement bzw. das Fängerelement werden mit einer besonderen Abdeckungung verschlossen, die die magnetischen Elemente herrnetisch gegenüber dem zu fördernden Medium abschließt. Auf diese Weise lassen sich unter Verwendung genormter Einzelteile Ventilele­ mente und Fängerelemente mit verschieden stark wirkenden magnetischen Anstoßungs- bzw. Anziehungseigenschaften einfach und mit genau definierten Eigenschaften herstel­ len.

Weiter wird vorgeschlagen, die fängerseitigen Magnete in Fängerelementen anzuordnen, die in der Geometrie den Ventilelementen in einer vollgeöffneten Stellung ent­ sprechen und Magnete aufnehmen, die denen der Ventilele­ mente entsprechen.

Zur Halterung der Ventilfängerelemente wird vorgeschla­ gen, Stützabschnitte mit Vorsprüngen in entsprechende Hinterfräsungen in den Ventilfängerelementen einzura­ sten. Hierzu wird insbesondere vorgeschlagen, mindestens zwei gegeneinander versetzte Stützabschnitte zu verwen­ den und die Hinterfräsungen in den Ventilfängern durch Fräsen jeweils einen kleinen Durchmesser durch exentri­ sches Fräsen mit einem Fräser mit einem kleinen Durch­ messer vorzunehmen, so daß das zwischen mindestens je­ weils zwei Hinterfräsungen zwei unbearbeitet belassene Zylinderwandungsabschnitte verbleiben.

Dies hat zur Folge, daß das Einsetzen der Stützabschnit­ te mit ihren Vorsprüngen hinter die Hinterfräsungen re­ versibel ist, indem sie - bei n Fängerelementen um 360°/n verdreht - wieder auf die unbearbeiteten Zylin­ derbohrungswände aufgeschoben werden können, dann nicht mehr hinter den Hinterfräsungen ruhen und entnommen wer­ den können. Dies macht eine Entnahme der Fängerelemente bei einer Wartung oder bei einer Anpassung der Ventile an neue Prozeßparameter möglich.

Weiter wird vorgeschlagen, in die Ventilsitzträger auf­ wechselbare Gleitführungen einzusetzen, auf denen die Ventilsitzelemente gleiten können. Bei aggressiven oder abrasiven Medien wird hierdurch der Ventilsitzträger von Vorabnutzungen geschützt. Die Gleitführungen, die bei­ spielsweise aus Teflon hergestellt sein können, können während routinemäßiger Kontrollen ausgewechselt werden.

Zur Halterung der Führungselemente können parallel zur Mantelfläche der zylindrischen Bohrung verlaufende zy­ lindrische Bohrungen vorgesehen werden, die entlang ih­ rer Gesamterstreckung mit dem Volumen der ersten, das Ventilelement aufnehmenden zylindrischen Bohrung kommu­ nizieren. Die Führungselemente sind daher im Querschnitt annähernd glockenförmig mit einem kreisförmigen, klei­ nen, im oberen Abschnitt befindlichen, in die Führungs­ bohrungen vergleichsweise runden Bereich und einer leicht gewölbten Basiskante, die als Gleitfläche für das Ventilelement dient.

Alternativ ist es auch möglich, die Führungselemente einstückig mit den Ventilelementen auszubilden und die gesamten Ventilelemente auszuwechseln. Gegenüber den bisher aufwendig in die Ventilsitze gefrästen Strömungs­ kanälen ist dies insofern ein Vorteil, als so in den harten Werkstoff nur zylindrische Ausnehmung eingebracht werden müssen. Dadurch bleibt zwischen den an die im we­ sentlichen zylindrischen Ventilelemente angesetzte Füh­ rungselementen ein ausreichender Raum für den Volumen­ strom. Die Querschnitte entsprechenden den zwischen den Stützabschnitten bei den Fängerelementen verbleibenden Querschnitten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil mit mehreren kleinen Ventilelementen,

Fig. 2 ein Fängerelement im Querschnitt,

Fig. 3 ein Fängerelement in Draufsicht,

Fig. 4 ein Ventilelement im Querschnitt,

Fig. 5 ein Ventilelement in Draufsicht,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Ventilfänger mit ex­ zentrischer Hinterfräsung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Ventilfänger mit ex­ zentrischer Hinterfräsung,

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Ventilsitzträger,

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Ventilsitzträger,

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Ventilsitzträger mit Ausnehmungen für Gleitführungen,

Fig. 11 einen Schnitt durch einen Ventilsitzträger mit Ausnehmungen für Gleitführungen, und

Fig. 12 eine Draufsicht eines dargestellten Ventilele­ mentes mit externen Gleitführungen.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ventil wird mit einem Vo­ lumenstrom beaufschlagt, was die beweglichen Ventilele­ mente 10, in denen Permanentmagnete 16 eingebettet sind, veranlaßt, sich in Richtung Ventilfängerelemente 22 zu bewegen. Aufgrund des Verringerns der Druckdifferenz und der Vergrößerung der Magnetkräfte durch Annäherung der Magnete werden die Ventilelemente wieder in Richtung Ventilsitzträger 12 geführt und sperren den Rückstrom. Ventilfängerelemente 22 sind in Hinterfräsungen 28 in dem Ventilfängerträger 14 gelagert, wobei jedes dieser Ventil­ fängerelemente ähnlich wie das Ventilelement 10 geformt, jedoch in einer voll geöffneten Stellung gehaltert wird, die dem Hub des Ventilelementes 10 entspricht. Es ergibt sich zwischen den Stützabschnitten 24 des Ventilfängerelementes 22 die Möglichkeit für das Medium, an dem Ven­ tilfänger 22 vorbeizuströmen. Entsprechend ist das Ventilelement 10 mit Gleitführungen 20 versehen, die zwi­ schen sich ebensolche Strömungskanäle offenlassen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Magnetelemente fest zwischen einer Schale und einer im Durchmesser gering­ eren Platte einzubetten. Dies ist in der Fig. 6 darge­ stellt.

Der Aufbau eines Ventilfängerelementes 22 ist in der Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Seitlich an den Ventilfängerelementen sind mindestens zwei Stützabschnitte 24 angesetzt, an deren Ende Vorsprünge 26 zum Eingreifen in die Hinterfräsungen des Ventilfängers vorgesehen sind. In dem Ventilfängerelement ist eine zylindrische oder konische Bohrung vorgesehen, in die eine Mehrzahl von inaktiven Zwischenelementen 21 sowie der Permantenmagnet 16 eingesetzt werden kann, um abschließend mit dem Ver­ schlußstück 18 verschlossen zu werden.

In der Fig. 4 ist ebensolches für das Ventilelement 10 dargestellt, an dessen Seite Gleitführungen 20 angeord­ net sind. Sowohl Ventilelement 10 wie auch Ventilfänge­ relement 22 haben eine leicht konisch zulaufende, dem Volumenstrom entgegengerichtete Aufprallseite zur besse­ ren Definition der Strömungsverhältnisse. In der Fig. 3 und Fig. 5 ist jeweils eine Draufsicht auf diese koni­ sche Seite die Formgebung der Stützabschnitte 24 sowie der Gleitführungen 20 besser dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, daß die Gleitabschnitte 20 eine große Gleitfläche besitzen, um im Ventilsitzträger sicher ge­ führt zu werden, und eine im Mittelabschnitt taillierte Form einen möglichst geringen Strömungswiderstand gegen­ über dem Medium erzeugt.

In der Fig. 6 ist, wie in der Fig. 1, nochmals ein Ven­ tilfängerträger 14 dargestellt, wobei die Hinterfräsun­ gen 28 an dem Ort, an dem der Ventilfänger sich gegen­ über der eigentlichen Gasführung erweitert, dargestellt ist.

In der Fig. 7 ist dargestellt, wie diese Hinterfräsungen 28 exzentrisch nur an Teilen der Innenumfangsfläche 38 der zylindrischen Bohrung vorgenommen werden können, so daß nicht-hinterfräste Abschnitte 38 dazu dienen können, die Ventilfängerelemente 22 wieder aus den Hinterfräsun­ gen zu entnehmen, indem die Vorsprünge 26 vor dies nicht-hinterfrästen Bereiche 38 gedreht werden, um dann herausgehoben werden zu können.

Am Ventilsitzträger 12, wie in den Fig. 10, 11 und 12 dargestellt, können durch entsprechende Aufnahmebohrungen 44 Gleitführungen 40 eingesetzt werden, die eine Gleitfläche 46 aufweisen, um rein zylindrisch geformte Ventilelemente 10 zwischen sich zu führen.

Claims (5)

1. Ventil, insbesondere Ventil für Kompressoren, Va­ kuumpumpen, oder Rückschlagventil, mit wenigstens einem zwischen einem Ventilsitzträger (12) und einem Ventilfängerelement (22) beweglich geführten Ventilele­ ment (10), das druckdifferenzgesteuert den Volumenstrom freigibt oder sperrt,
wobei in das wenigstens eine Ventilelement (10) wenig­ stens ein Permanentmagnet (16) eingebettet ist, und
wobei in dem wenigstens einen Ventilfängerelement (22) wenigstens ein entsprechender, mit dem/den Permanent­ magnet(en) (16) des wenigstens einen Ventilelements (10) zusammenwirkender Permanentmagnet (16) eingebettet ist,
gekennzeichnet durch
n Stützabschnitte (24) an jedem der in zylindrischen Ausnehmungen angeordneten Ventilfängerelemente (22), über die diese mit dem Ventilfängerträger (14) ver­ rastet sind, so daß jedes Ventilfängerelement (22) in einer Stellung gehaltert ist, die der geöffneten Stel­ lung jedes der in zylindrischen Ausnehmungen des Ven­ tilsitzträgers (12) angeordneten Ventilelemente (10) entspricht.

2. Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Hin­ terfräsungen (28) in dem Ventilfängerträger (14), in die die Stützabschnitte mit Vorsprüngen (26) einra­ sten.

3. Ventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Hin­ terfräsungen (28) in dem Ventilfängerträger (14), die jeweils um 360°/2n gegeneinander versetzt sind, und zwar in gleichen Umfangsabständen entsprechend den sich nur über Teilbereiche des Umfangs der zylindrischen Ausnehmungen erstreckenden Stützabschnitten (24), in den sie ohne Kanten übergehen.

4. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine an der Innenumfangsfläche der zylindrischen Ausnehmungen vorgesehene Führung (44) im Ventilsitzträger (12) zur Aufnahme der mit einer Gleit­ fläche (46) versehenen Führungsabschnitte (40).

5. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine einstückige Ausbildung der Ven­ tilelemente (10) mit außen angesetzten Führungsab­ schnitten (20) zur Gleitkontaktaufnahme mit der Innen­ oberfläche der zylindrischen Ausnehmung im Ven­ tilsitzträger (12).