DE208768C

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Publication number: DE208768C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

M 208768 KLASSE 47g. GRUPPE Ig:

M. F. GUTERMUTH in DARMSTADT.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. September 1906 ab.

Klappen .sind im Bau von Pumpen, Verdichtern, Gebläsen, Luftpumpen und ähnlichen Maschinen (die weiterhin unter dem Namen »Pumpen« zusammengefaßt werden sollen) vielfach als Abschlußvorrichtungen verwendet worden. Zuerst machte man die Klappen schwer, um durch ihr Eigengewicht sicheren Schluß zu erzielen; dies bedingte aber einen sehr langsamen Gang der Pumpe. Durch Hubbegrenzungen und zwangläufige Schlußvorrichtungen konnte die Umdrehungszahl schon etwas erhöht werden. Bei dem in der Neuzeit geforderten Schnellbetrieb war jedoch die Anwendung großer Massen als Abschlußorgan ausgeschlossen, da letztere bei hohen Tourenzahlen große Beschleunigungskraft^ erfordern, womit starke Stoßwirkungen und schlechter Gang verbunden sind. Man hat nun unter gleichzeitig entsprechender Teilung derDurchgangskanäle zu leichten Klappen in Form von Blechen gegriffen, welche sich infolge ihrer geringen Masse auch ohne Hubbegrenzung und Zwangschluß, bei selbsttätiger Bewegung, für den Schnellbetrieb als geeignet erwiesen haben.

Die Klappen werden immer .durch eine Kraft, meistens eine Federkraft, zum Schließen gebracht. Diese Kraft wirkt bei der Klappeneröffnung als Widerstand.

Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß diese sonst gut brauchbaren Blechklappen namentlich beim Schnellbetrieb nach verschiedenen Richtungen erhebliche Mangel aufweisen, welche nachfolgend erörtert werden sollen.

Beim Schnellbetrieb tritt die Eröffnung der Klappe plötzlich und wegen des erforderlichen Überdruckes mit großer Kraft auf, die während der Strömung auf den Strömungsdruck sich vermindert. Fig. ι zeigt die Form der Klappe α während des Durchtrittes der Flüssigkeit.

Durch den Strömungsdruck während der Eröffnung und die mehr oder weniger einseitige Strömungsrichtung wird die dünnwandige Klappe α in der geöffneten Lage stark gebogen; sie erleidet nicht, wie in Fig. 2 angegeben, nur an der Befestigungsstelle b eine Biegung, so daß sie im übrigen eben bliebe. Das ist bei dünnen ebenen Klappen unmöglich.

Da diese Klappen ohne jede ventilartige Führung sich bewegen, sind sie namentlich bei großen Abmessungen dazu geneigt, durch geringfügige, meistens ungleichmäßig auftretende Strömungskräfte eine windschiefe Lage . einzunehmen und erhebliche Raumschwingungen zu machen.

Äußer der Umbiegung gerät die Klappe aber noch durch die nach dem Klappeiirand zu sich steigernde Trägheitswirkung in Schwin-. gungen während der Eröffnungs- und Schlußbewegung. ·. *

Diese Schwingungen entstehen im Eröffnungsmoment infolge der verschiedenen Anhubgeschwindigkeiten und Beschleunigungen der einzelnen .Klappenteilchen, je nach ihrer Entfernung von der Befestigungsstelle. Es entsteht ein lebhaftes Pendeln um die Gleich-

gewichtslagen der Eröffnungs- und Schlußbewegung (Fig. 3).

Infolge ungenügender Gleichförmigkeit der ■ Bewegung der einzelnen Flüssigkeitsfäden des durchgehenden Stromes treten aber diese ., Schwingungen nicht nur in der Längsrichtung, sondern auch in der Querrichtung des Bleches auf, wie Fig. 4 und 5 veranschaulichen, so daß die Bleche auch eine windschiefe Form annehmen. Diese Erscheinungen werden um so nachteiliger, je größer die Umdrehungszahl der Pumpe ist.

Außer den Schwingungen, die durch den Strömungsdruck während des geöffneten Ventils entstehen, erfährt die Klappe noch andere starke Durchbiegungen und Schwingungen durch den im Eröffnungsmoment wirksamen Überdruck.

Diese hierdurch hervorgerufenen Biegungen sind sehr erheblich, weil die Klappe durch den Überdruck heftig aufgerissen wird, also die Klappenbewegung mit großer Massenwirkung eingeleitet wird. Die Form der Biegungen ist ähnlich der in Fig. 1 dargestellten; es entstehen durch die \rerschieden große Trägheitswirkung der. äußeren Klappenteile im Vergleich zu den näher der Befestigungsstelle liegenden wellenartige Schwingungen mit Knotenpunkten etwa nach Fig. 6.

Im Gegensatz zu diesem Verhalten der selbsttätig arbeitenden Klappen stehen die gesteuerten Klappen, bei denen die Berührung mit dem Steuerorgan die Schwingungen des erstereu verhütet.

Wie vorstehend erörtert, befinden sich die selbsttätig arbeitenden Klappen im geöffneten Zustand stets in Schwingungen, sie flattern. Den Sitz erreichen sie daher in einem Bewegungszustand, der sich zusammensetzt aus der eigentlichen Schlußbewegung· und den Schwingungen.

Im Abschlußmoment setzen daher die Klap-

. pen nicht mit ihrer ganzen Fläche auf einmal auf, sondern je nach Umständen zuerst mit der Außenkante der rechten oder linken Ecke auch , windschief oder an einzelnen durchgebogenen Stellen des Umfanges.

Diese ersten Berührungsstellen werden dabei durch die auf sie sich konzentrierende Massenwirkung der Klappe weit über ihre Festigkeit beansprucht, und wie die Erfahrung lehrt, wird die Klappe namentlich an den Ecken undan den Kanten durch Rißbildung und Abbrechen rasch zerstört.

Diese Zerstörungen durch größere Material-. dicke zu verhindern, ist wegen der vergrößerten Massen, namentlich bei höheren Tourenzahlen ausgeschlossen, indem durch die verstärkte Massenwirkung so heftige Stoßwirkungen auftreten, daß die Pumpen nicht betriebsfähig bleiben.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die schädlichen Schwingungen an Abschlußklappen für Gebläse, Pumpen und Kompressoren aufzuheben ohne Verdickung der Klappe, also ohne Vergrößerung der Klappenmasse. Es geschieht dies durch Versteifung des außerhalb oder innerhalb des ebenen. Sitzrandes liegenden Teiles der Klappe vermittels einer oder mehrerer Wölbungen, welche als Kugel- oder Ellipsoidsegment, kugelförmig abgeschlossene zylindrische Wölbungen, Wellen oder andere geeignete Ausbuchtungen ausgebildet werden.

Der zum Aufliegen kommende ebene Teil der Klappe schließt sich in geeigneter, vorzugsweise abgerundeter Form an die Wölbungen an und wird auf diese Weise so versteift, daß störende Schwingungen in dem Bereich der Sitzfläche, wie dies bei flachen Blechklappen der Fall, nicht mehr eintreten und daß die eben bleibende Klappenauflagefläche an ihrem' ganzen Umfang gleichzeitig aufsetzt und abschließt.

Fig. 7 bis 12 stellen solche gewölbte Klappen in mehreren Ausführungsformen dar, wobei die Wölbungen aus Teilen von Zylindern, Kugeln, Ellipsoiden usw. zusammengesetzt sind.

Gemäß Fig. 7 und 8 sind in der Blechklappe a, welche bei b b eingespannt ist, zwei go ellipsoidenförmige Wölbungen c c angebracht.

In Fig. 9 und 10 besitzt die Klappe α nur eine Wölbung c, welche aber nach der Befestigungsstelle b hin verbreitert ist. Hierdurch wird für den Eröffnungsmoment das Verhältnis der nicht entlasteten Auflagefläche der Klappe zur entlasteten Klappenfläche verkleinert, d. h. eine relativ größere Entlastung erreicht und der zur Eröffnung nötige Überdruck wesentlich kleiner als bei Fig. 7 und 8.

In Fig. 11 und 12 ist die Klappe etwa in der Mitte noch mit einer Öffnung d versehen, um welche herum die Klappe gewölbt ist. Die Wölbung c verläuft also in diesem Falle ringförmig um die Öffnung d herum und ist außerdem nicht erhaben, sondern vertieft angeordnet.

Die genannten Wölbungen verhindern noch in anderer Weise als der beschriebenen die nachteiligen Schwingungen. ' no

. Für einen Teil der durch den Sitz strömenden Flüssigkeit dienen sie nämlich als Aufnahmekammern, aus welchen die Flüssigkeit nicht so leicht in der Strömungsrichtung entweichen kann als an einer glatten Fläche, so daß eine bremsende Wirkung auf dert Flüssigkeitsstrom und auf die Klappe entsteht.

Da die in den Hohlräumen befindlichen Flüssigkeitsmengen infolge entstehender Wirbelbewegungen in außerordentlich kleinen Zeiten stets wechselnd beschleunigt und verzögert werden müssen, so wird dadurch auch

ein großer Widerstand gegen das Schwingen der Klappen geschaffen, der um so größer ist, je größer und tiefer die Wölbungen sind und je größer das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist. Die Wirkung ist analog der eines Fallschirmes.

Die Wölbungen können an der Klappe, wie erwähnt, sowohl erhaben wie vertieft angebracht werden.

ίο Ein weiterer Nachteil ebener dünner Blechklappen ist der, daß sie bei hohen Kompressionstemperaturen, wie sie in Luftkompressoren vorkommen, Temperaturen von über 300⁰, sich stark werfen. Es geschieht das um so mehr, als zum Teil wechselnd die Klappe auf der einen Seite mit kalter und auf der anderen Seite mit heißer Luft in Berührung kommt. Infolgedessen wird eine solche Blechklappe auch in ruhendem Zustande wellig, die Sitzfläche uneben und undicht.

Diesem Nachteil begegnet die beschriebene, gewölbte Blechklappe ebenfalls.

Als Material für die gewölbten Klappen können beliebige Metalle, Legierungen, jede Art Gummi sowie geeignete organische und anorganische Substanzen verwendet werden.

Wenn nun auch durch die Wölbung der Klappe die Schwingungserscheinungen mit' ihren Folgen vermieden werden und die Auflagefläche eben bleibt, so treten doch noch Betriebsverhältnisse ein, bei denen infolge der notwendigen mehr oder weniger biegsamen Klappenbefestigung ein vollständig gleichmäßiges Aufsetzen der Dichtungsfläche nicht gesichert ist.

Beispielsweise wird bei Klappen mit großem Hub in unreinen Flüssigkeiten durch unregelmäßige Strömungsverhältnisse eine mehr oder weniger empfindliche Schieflage der offenen Klappe verursacht, womit wiederholtes einseitiges Aufsetzen und nach längerer Zeit eine Zerstörung der Klappe verbunden sein muß. . Auch dieser Nachteil läßt sich bei der vorliegenden Erfindung beseitigen, und zwar dadurch, daß zwischen Blechklappe und Sitz ein weicher Stoff eingeschaltet wird, derart, daß beim Aufsetzen auf den Sitz erst der weiche Stoff zur Berührung kommt, wodurch dann einseitiges Aufsetzen von Ecken und Kanten, bedingt durch eine etwaige schiefe Klappenlage oder durch Schwingen der Klappe, durch den weichen Stoff pufferartig aufgenommen wird. Erst nachdem der Stoß vernichtet ist, kommt das Blech zum Aufliegen.

Als solche Stoffe können verwendet werden: Gummi, Filz, Leder, Asbest und ähnliche.

Fig. 13 stellt eine solche Anordnung· dar; der weiche Stoff h ist so angeordnet, daß er beim Schließen der Klappe nicht am ganzen Umfang der Öffnung zur Berührung mit dem Sitz kommt.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Selbsttätig arbeitende Ventilklappe ohne Hubbegrenzung, bei welcher die den Ventilabschluß bewirkende Platte mit dem am Ventilgehäuse eingespannten federnden Teil aus einem gemeinschaftlichen Blechstück besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußplatte mit Wölbungen (c)

■ oder ähnlichen Ausbuchtungen versehen ist, um bei der Öffnungsbewegung ein Werfen der ebenen Sitzfläche sowie das Flattern und Schwingen derselben zu vermeiden.

2. Ventilklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Verhinderung von Formänderungen der Klappe beim Aufsetzen derselben auf den Sitz zunächst ein an der Abschlußklappe (a) rings um die Aufsetzflächen angebrachter weicher Stoff (h) und alsdann erst die Sitzfläche (a) selber mit dem Ventilsitz in Berührung kommt, zum Zweck, beim einseitigen schiefen Aufsetzen auf den Sitz das Blech von der Stoßwirkung zu befreien.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.