DE2440041C2

DE2440041C2 - Ventilanordnung zum Einlassen von Brenngas in einen Brennraum und zum gasdichten Verschließen des Brennraumes während des Brennvorgangs

Info

Publication number: DE2440041C2
Application number: DE2440041A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Leisner; Walter 7013 Öffingen Schildhorn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-08-21
Filing date: 1974-08-21
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DE2440041A1; US3994668A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum Einlassen von Brenngas in einen Brennraum und zum gasdichten Verschließen des Brennraumes während des Brennvorgangs, mit einem Gehäuse mit einer Gaszuführungsbohrung und mindestens einer weiteren Bohrung stromauf davon zur Aufnahme von Teilen eines Ventils.

Bei den insbesondere angesprochenen Maschinen zum thermischen Entgraten von Werkstücken, welche mit einer Ventilanordnung der vorstehend erwähnten Art versehen sind, werden beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff aus einem Vorret je von einem Druckzylinder angesaugt bzw. unter dem Druck des Vorrates in die Druckzylinder eingelassen, um danach von diesen gleichzeitig unter erheblicher Verdichtung bis zu 100 ata in den Brennraum gedrückt zu werden, wo sie dann gezündet werden und explosionsartig verpuffen. Dabei entstehen sehr kurzzeitig Temperaturen von bis zu mehreren 1000⁰C, bei denen die unerwünschten Grate wegschmelzen und mit Hilfe eines gewissen Sauerstoffüberschusses auch wegbrennen.

Die genannte explosionsartige Verpuffung bewirkt neben einer weiteren Druckerhöhung auch eine beachtliche Temperaturerhöhung, die von der Leitungsverbindung zwischen den Druckzylindern und dem Brennraum ferngehalten werden müssen, weshalb man in dieser dem Brennraum eine Ventilanordnung der eingangs beschriebenen Art vorschaltet, deren Ventile die Leitungsverbindung während des explosionsartigen Brennvorgangs unterbrechen bzw. schließen.

Dazu sind bei der bekannten Ventilanordnung in der Gehäusebohrung für jede Komponente des einzupumpenden und zu verbrennenden Gasgemisches ein Stößel verschiebbar angeordnet, der in seiner einen Endlage den Gasdurchsatz zum Brennraum freigibt und in seiner anderen Endlage den Gasdurchsatz sperrt, indem er unter Einwirkung einer äußeren, entsprechend bemessenen Kraft gegen den vom Brennraum während des Brennvorgang^ wirkenden Druck mit einer kugelförmigen Ventilfläche gegen den Ventilsitz gepreßt wird. Ergänzend sei hier noch bemerkt, daß aus Sicherheitsgründen üblicherweise für jede Komponente des Gasgemisches ein solches Ventil im Gehäuse vorgesehen ist, so daß die Gasmischung erst in der Gehäusebohrung, also auf der Brennraumseite der Ventile entsteht.

Durch die geschilderte hohe Beanspruchung dieser Ventile bereitet ihre auch für längere Arbeitsdauer betriebssichere Ausbildung erhebliche Schwierigkeiten, die mit den bekannten Ventilen bisher nicht vermieden werden konnten. So treten insbesondere durch Verschmutzungen am Ventilsitz Undichtheiten auf, welche sich vornehmlich durch die hohe Temperaturbeanspruchung alsbald verstärken und zur Unbrauchbarkeit der Ventile führen.

Ventilanordnungen der eingangs erwähnten Art sind auch bei Brennkvaftmaschinen vorgesehen, bei welchen jedoch in der Regel durch entsprechende Wahl des Werkstoffs für die Ventilteile und durch Kühlung der Brennraumwände eine unzulässig hohe Temperaturbeanspruchung der Teile vermieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der eingangs beschriebenen Art zu vereinfachen und dabei trotzdem die Beanspruchung der Ventile herabzusetzen. Letzteres insbesondere dadurch, daß die Ventile von der während des Brennvorganges vom Brenniaum ausgehenden Temperaturbeanspruchung praktisch vollkommen befreit sind, so daß aueh geringe, verschmutzungsbedingte Undichtigkeiten keine Gefahr mehr bilden können. Dies soll durch einfache und kostengünstige Maßnahmen insbesondere auch dergestalt ermöglicht werden, daß gleichzeitig mehrere Ventile in einem Vorgang erfaßt werden.
Die vorstehende Aufgabe ist erfindungsgemäß

dadurch gelöst, daß die Gaszuführungsbohrung mit der Bohrung zur Aufnahme von Teilen des Ventils Ober mindestens einen Kanal verbunden ist und daß der Kanal und die Ventilbohrung über ein weiteres Ventil mit einer unbrennbaren und gegenüber dem Brenngas im wesentlichen neutralen Flüssigkeit füllbar sind.

Durch diese erfmdungsgemäßen Maßnahmen läßt sich zwischen dem oder den Ventilen und der mit dem Brennraum unmittelbar in Verbindung stehenden Gaszuführungsbohrung über die Flüssigkeitsvorlage für die Zeit während des Brennvorganges eine Sperre errichten, die die nur sehr kurzzeitig auftretenden hohen Temperaturen nicht weitergeben kann bzw. schluckt und dh; gleichzeitig auch hinsichtlich der Weitergabe des mit dem Brennvorgang einhergehenden Druckstoßes eine erhebliche, das Ventil schonende Dämpfungswirkung entfaltet Darüber hinaus stehen die Ventile brennraumseitig nicht mit dem Gasgemisch in Verbindung, so daß dieses auch nicht an den Ventilen verbrennen kann.

Damit ist es nach der Erfindung aber auch möglich, die Ventile selbst vergleichsweise wesentlich einfacher und trotzdem noch betriebssicher zu gestalten, was zweckmäßigerweise dadurch geschieht, daß da Ventile als mit der Brenngas- bzw. Flüssigkeitszufuhr öffnende Ventile ausgebildet sind und daß wenigstens der Schließteil des der Flüssigkeitszufuhr dienenden Ventils von einer am Gehäuse abgestützten Schließfeder beaufschlagt ist

Hiermit entfallen also sämtliche bisher notwendigen Maßnahmen, um die Ventile während des Brennvorganges gegen die dabei auftretende Druckwelle geschlossen zu halten, da sie nach Füllung des Brennraumes und während des Brennvorganges durch den sie brennraumseitig beaufschlagenden Druck gegen ihren Sitz gepreßt werden. Lediglich für den Ventilkörper des der Flüssigkeitszufuhr dienenden Ventils ist eine gewisse Mindestschließkraft durch die Feder zweckmäßig, um ein ungewolltes Überströmen von Flüssigkeit in den Brennraum vor dessen Füllung mit Brenngas zu verhindern.

Ferner hi.; es sich als vorteilhaft erwiesen, die Flüssigkeitszufuhr durch eine hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbare Dosierpumpe erfolgen zu lassen, die zweckmäßigerweise als Kolbenpumpe ausgebildet ist Hierdurch läßt sich die Flüssigkeitsfüllmenge für die Zeit während jeden Brennvorgangs auf ein konstruktiv bedingtes Minimum genau einstellen bzw. ein eventuell störender Wasserüberschuß vermeiden.

Ferner hat es sich im Zusammenhang mit der Dosierpumpe als besonders einfach herausgestellt, wenn als Flüssigkeit unter Leitungsdruck stehendes Wasser dient und der Zylinderraum der Dosierpumpe zwischen den Brennzeiten durch das Wasser selbstätig bei Zurückbewegen des Kolbens füllbar ist. Dabei muß dann natürlich die auf den Ventilkörper des der Wasserzufuhr dienenden Ventils einwirkende Schließfeder wenigstens eine dem Leitungsdruck standhaltende Kraft ausüben.

Die vor jedem Brennvorgang dosiert über den Ventilen eingebrachte Wasservorlage bedarf an sich wegen der verhältnismäßig geringfügigen Wassermenge keiner besonderen Beseitigung vor dem nächsten Brennvorgang, da das Wasser beim Füllen des Brennraumes für den nächsten Brennvorgang teilweise in den Brennraum mitgerissen werden kann, ohne die Verbrennung nachträglich zu beeinflussen. Es kann jedoch ohne weiteres auch ein zusätzliches, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbares, in Of'fenstellung die Bohrung bzw. die Kanäle direkt oder indirekt an eine Rückstromleitung für das Brenngas un/oder dis Wasser bzw. eine andere geeignete Flüssigkeit anschließendes Ventil vorgesehen sein, dessen Schließteile durch eine am Gehäuse abgestützte, brennraumseitig angeordnete Schließfeder beaufschlagt ist Diese Maßnahmen erweisen sich vor allem für die hin und wieder auftretenden Fälle als zweckmäßig, daß aus Gründen einer Betriebsstörung oder dgl. ein bereits vorbereiteter Brennvorgang nicht stattfinden soll, der Brennraum also wieder entleert werden muß. Sie können jedoch auch regelmäßig dazu dienen, nach den Brennvorgängen die

is Flüssigkeitsvorlage zu entfernen, bevor der Brennraum wieder mit Gas gefüllt wird.

Eine gedrängte und einfach herzustellende Anordnung ergibt sich, wenn alle Ventile nebeneinander im Gehäuse unterhalb der in den Brennraum führenden

Gaszuführungsbohrung angeordnet und die brennraum-

seitigen Ventilräume bzw. -bohrungen durch die von dem der Flüssigkeitszufuhr dienende^ Ventil abgehende

Bohning miteinander verbunden sina. Der Gegenstand der Erfindung ist nachfolgend

anhand der Zeichnung mehr ins einzelne gehend erläutert

Das Ventilgehäuse besteht aus Gehäuseteilen 1 und 2, die durch Schraube.! 3 und Paßstifte 4 miteinander verbunden sind. Dabei liegen die rechts dargestellte Schraube 3 und der Paßstift 4 selbstverständlich nebeneinander, sie sind nur zur Veranschaulichung in der Zeichenebene zusammengelegt.

Über das Gehäuseteil 1 durchquerende Schrauben 5 ist das Gehäuse mit der auf der rechten Seite liegenden, nicht dargestellten Wandung des Brennraums einer Maschine zum thermischen Entgraten mittels einer Dichtung 6 gasdicht verbunden. Eine durch einen auf der brennraumabgewandten Seite angeordneten Gewindestopfen 7 verschlossene Bohrung 8 zur Gaszufuhr geht über ein Mundstück 9 in den Brennraum, wobei das einerseits in das Gehäuseteil 1, andererseits in die nicht dargestellte Brennraumwand ragende Mundstück 9 der Erhöhung der Dichtigkeit des Bohrungsüberganges insbesondere durch Schonung der Dichtung 6 dient

Unterhalb der Bohrung 8 weist das Gehäuseteil im wesentlichen vertikale Ventilbohrungen 10 auf, die über ebenfalls im wesentlichen vertikale Kanäle 11 mit der Bohrung 8 verbunden sind. In den Ventilbohrungen 10 befinden sich Ventilkugeln 12, die bei über Zufuhrleitungen 13 kommendem Gas, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, von ihrem im wesentlichen durch Dichtungen 14 gegebenen Sitz abgehoben werden, während sie sich bei Unterbrechung der Gaszufuhr durch den damit im Brennraum aufgebauten und so aucn über 4k Bohrung 8 und die Kanäle 11 an ihnen anstehenden Gasdruck in Schließstellung an die Dichtungen 14 gepreßt befinden.

Damit sich die Ventile 12 während des durch eine an der Bohrung 8 sitzende Zündkerze 15 eingeleiteten Brennvorganges nicht in dessen unmittelbaren Einflußbereich befinden, .verden die Ventilbohrungen 10 und die Kanäle 11 nach Abschalten der Gaszufuhr mit Wasser gefüllt. Hierzu dient ein über ein Leit'ingsanschluß 16 hydraulisch betätigtes Zylindc-Kolben-Aggregat 17, dessen Stößel 18 auf einen Kolben 19 geht, der über eine Ringdichtung 20 in einem vom Gehäuseteil 2 gebildeten Zylinderraum 21 geführt ist. Dem Zylinderraum 21 kann unter Leitungsdruck

stehendes Wasser bei abgeschaltetem Zylinder-Kolben-Aggregat 17 über ein Rückschlagventil 22 zuströmen und dabei den Kolben 19 sowie den Stößel 18 in die linke Endstellung zurückführen. Wird nun das Zylinder-Kolben-Aggregat 17 hydraulisch druckbeaufschlagt, so schiebt der Kolben 19 die im Zylinderraum 21 vorhandene Wasserfüllung über Bohrungen 23 und ein mit dieser Strömungsrichtung öffnendes Kugelventil 24, von wo es mittels einer durch einen Gewindestopfen 25 verschlossenen Bohrung 26 in die Ventilbohrungen 10 und die Kanäle 11 gelangt. Damit das Ventil 24 nicht beim Füllen des Zylinderraumes 21 mit Wasser öffnen kann, ist es in Schließrichtung durch eine am Gehäuseteil 1 abgestützte Feder 27 beaufschlagt, deren Kraft dem I.eitungsdruck des Wassers standhält.

Zur Kontrolle der ordnungsgemäßen Arbeitsweise des Zylinder-Kolben-Aggregates 17 kann der Kolben 19 auf der wasserabgewandten Seite des Dichtungsringes 20 einen vertikal zur Zeichenebene stehenden Stift 28 lufvv"*'""* ~*cr durch ein nicht d2r^rtssie!l!£s !..sri^loch im Gehäuseteil 2 aus diesem herausragt und somit die Bewegung des Kolbens 19 sichtbar macht.

Für den Normalfall ist es nicht notwendig, die in den Ventilbohrungen 10 und den Kanälen 11 während des Brennvorganges vorhandene Wasserfüllung abzulassen, bevor erneut Gas über die Bohrungen 13 in den Brennraum gefüllt wird, da das Gas das Wasser in den Brennraum mitreißt, wo es sofort verdampft, da der Brennraum bereits nach kurzer Betriebsdauer der Maschine eine erhöhte Temperatur annimmt.

Sollte es jedoch im Einzelfall erwünscht sein, daß Wasser und/oder die Gasfüllung im Brennraum abzulassen, wenn beispielsweise beim Auftreten einer Betriebsstörung die Zündung des im Brennraum

vorhandenen Gasgemisches nicht erfolgen soll, so kann ein zusätzliches Kugelventil 29 vorgesehen sein, über das die Bohrung 26 und damit der Brennraum sowie die Ventile 12 und 24 an eine Rückstromleitung 30 anschließbar sind. Hierzu kann das sich ebenfalls durch

ίο Wirkung einer Feder 31 und gegebenenfalls dem Gasdruck normalerweise in Schließstellung befindende Kugelventil 29 mittels eines Stößels 32 geöffnet werden, der über ein Zylinder Kolben-Aggregat 33 hydraulisch betätigbar ist. Der Stößel 32 hat einen geringeren

!■> Durchmesser als die ihn führende Bohrung zwischen Ventil 29 und Rückstromleitung 30, so daß das Wasser bzw. das Gas über den damit gebildeten Ringspalt zur Rückstromleitung -JO gelangen kann. Zur Vermeidung von mit der Stößelbetätigung des Ventils 29 einherge-

in hpn<jpn I InHirhtigkeiten ist die der Offenstellung des Ventils 29 zugeordnete Lage des Stößels 32 durch einen an ihm angeordneten Bund 34 bestimmt, der sich dann in fester Anlage an einer Dichtung 35 befindet.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung eignet sich nicht nur für die vorstehend besonders hervorgehobenen Maschinen zum thermischen Entgraten. Vielmehr ist sie überall da anwendbar, wo Ventile in der Zuleitung zu einem Brennraum hoch beansprucht werden, wie dies beispielsv "Mse auch bei Gasmotoren der Fall ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Ventilanordnung zum Einlassen von Brenngas in einen Brennraum und zum gasdichten Verschließen des Brennraumes während des Brennvorgangs, s mit einem Gehäuse mit einer Gaszuföhrungsbohrung und mindestens einer weiteren Bohrung stromauf davon zur Aufnahme von Teilen eines Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführungsbohrung (8) mit der Bohrung (10) zur Aufnahme von Teilen des Ventils (12) über mindestens einen Kanal (11) verbunden ist und daß der Kanal (11) und die Ventilbohrung (10) über ein weiteres Ventil (24) mit einer unbrennbaren und gegenüber dem Brenngas im wesentlichen neutralen Flüssigkeit füllbar sind.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (12, 24) als mit der Brenngas- bzw. Flüssigkeitszufuhr öffnende Ventile ausgebildet sind und daß wenigstens der Schließteil des der Flüssigkeitszufuhr dienenden Ventils (24) von einer am Gehäuse (1,2) abgestützten Schließfeder (27) beaufschlagt ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszufuhr durch eine hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbare Dosierpumpe (17,19,21) erfolgt.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (17, 19, 21) eine Kolbenpumpe ist.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit unter Leitungsdruck stehendes Wasser dient und der Zylinderraum (21} der iJosierpumpe durch das Wasser selbsttätig bu Zurückbewegen des Kolbens (19) füllbar ist, und daß fern t die Schließfeder (27) wenigstens eine dem Leitungsdruck standhaltende Kraft auf den ihr zugeordneten Schließteil des Ventils (24) ausübt.

6. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zusätzliches, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbares, in Offenstellung die Bohrungen (8) bzw. die Kanäle (11) direkt oder indirekt an eine Rückstromleitung (30) für das Brenngas und/oder die Flüssigkeit anschließendes Ventil (29), dessen Schließteil durch eine am Gehäuse (1,2) abgestützte, brennraumseitig angeordnete Schließfeder (31) beaufschlagt ist.

7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehen- so den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß all«: Ventile (12,24,29) nebeneinander im Gehäuse (1, 2) unterhalb der Gaszuführungsbohrung (8) angeordnet sind und daß die bezüglich der Schließteile brennraumseitigen Ventilräume bzw. -bohrungen durch die von dem der Flüssigkeitszufuhr dienenden Ventil (24) abgehende Bohrung (26) miteinander verbunden sind.