DE3031028A1

DE3031028A1 - Ventil fuer axialkolbenmaschinen, insbesondere fuer kaeltemittelverdichter

Info

Publication number: DE3031028A1
Application number: DE19803031028
Authority: DE
Inventors: Kurt Gunni Augustenborg Joergensen; Per Johan Dipl.-Ing. Nordborg Madsen; John Bonnesen Nordborg Wolff
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-08-16
Filing date: 1980-08-16
Publication date: 1982-03-04
Also published as: DK309681A

Description

für
Ventil für Axialkolbenmaschinen, insbesondere\Kältemittelverdichter Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für Axialkolbenmaschinen, insbesondere\K2atltemittelverdichter, bei dem das Verschluß stück eine lose eingelegte Scheibe ist, die zwischen einem von einer Wand getragenen Ventil sitz und einem Anschlag hin und her beweglich und vorzugsweise eben ist.
Bei einem bekannten Kältemittelverdichter dieser Art (DE-PS 828 697) ist die Scheibe sternförmig ausgebildet und liegt auf einem Ventilsitz auf, der von einer Wand nach oben vorsteht und einen Außendurchmesser hat, der etwa gleich dem Durchmesser der sternförmigen Scheibe ist. Eine Abdeckplatte weist eine den Ventilsitz übergreifende Vertiefung auf, deren Boden einen Anschlag bildet und eine Bohrung größeren Durchmessers aufweist, als die den Ventilsitz durchsetzende Ventilbohrung. Bei einem Druckhub öffnet dieses Ventil sehr rasch. Beim Saughub ist die Schließbewegung vergleichsweise langsam, so daß eine erheblicheGasmenge von der Druckseite in den Arbeitsraum zurückgelangt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad herabgesetzt.
Es gibt ferner Ventile für Axialkolbenverdichter, bei denen das Verschlußstück durch eine Feder belastet ist (US-PS 17 19 572) oder selbst als eingespannte Blattfeder ausgebildet ist (DE-OS 24 51 207). Bei solchen Ventilen ist zwar sichergestellt, daß sie unter dem Einfluß dieser Federkraft rasch schließen.
Das Öffnen erfolgt aber mit Verzögerung, weil zur Überwindung der Federkraft durch die Kolbenbewegung zunächst ein bestimmter Druckunterschied gegenüber dem Einlaß- bzw. Auslaßraum erzeugt werden muß. Auch hierdurch wird der Wirkungsgrad herabgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art, das mangels Federbelastung rasch zu öffnen vermag, die Schließgeschwindigkeit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Scheibe soweit über den Ventil sitz nach außen übersteht und der Abstand zwischen der Scheibe und der ihr zugewandten Wandfläche in Radialrichtung bis zum Ventilsitz hin kontinuirlich derart nach innen abnimmt, daß sich für einwärts strömendes Medium bis zum Schließen des Ventils ein Venturikanal ergibt.
Bei dieser Konstruktion wird das Schließen des Ventils durch das radial einwärts strömende Medium unterstützt. Im Venturikanal tritt ein Druckabfall auf. Infolgedessen wird die das Verschlußstück bildende Scheibe durch eine Schließkraft belastet, durch die sich die Scheibe in Richtung auf den Ventilsitz bewegt. Die hierdurch bewirkte Verkleinerung des Kanalquerschnitts führt zu einer weiteren Erhöhung der Schließkraft. Insgesamt ist daher ein rasches Schließen bei minimalem Rückstrom des Mediums sichergestellt.
Vorzugsweise hat die Scheibe Kreisform. Der Venturi-Effekt kann dann über die gesamte Umfangsfläche der Scheibe etwa gleichmäßig auftreten.
Die Wandfläche kann etwa konisch verlaufen. Dies ergibt nicht nur eine einfache Herstellart, sondern führt bei einer ebenen Scheibe auch zu einer optimalen Form des Venturikanals.
Die Begrenzungsflächen des Venturikanals bilden vorzugsweise einen Winkel von etwa 7 bis 100 miteinander. Bei dieser Bemessung ist über einen großen Geschwindigkeitsbereich sichergestellt, daß einerseits der Venturi-Effekt mit Sicherheit auftritt, andererseits aber die radial auswärts gerichtete Strömung des Mediums nicht von den den Venturikanal begrenzenden Flächen abreißt.
Der Scheibendurchmesser sollte etwa dem 1,5 bis 3fachen des Ventilsitzdurchmessers entsprechen. Auf diese Weise ergibt sich ein ausreichend langer Venturikanal.
Die Scheibe sollte so leicht wie möglich sein, damit sie den Schließkräften unverzüglich zu folgen vermag. Daher ist es günstig, wenn der Scheibendurchmesser höchstens 10 mm beträgt.
Falls größere Ventilquerschnitte benötigt werden, kann man mehrere Ventile dieser Art parallel anordnen. Dem Ziel der geringen Masse dient es auch, wenn die Scheibendicke zwischen nur 0,1 und 0,3 mm liegt.
Besonders günstige Strömungsverhältnisse ergeben sich, wenn die Wandfläche ihre Neigung über den Rand der Scheibe hinaus beibehält und/oder wenn eine vom Ventil sitz weg sich nach außen erweiternde Leitfläche den Rand der Scheibe mit Abstand umgibt.
Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die Scheibe an mindestens drei im Abstand voneinander angeordneten Umfangsstellen durch an einwärts gerichteten Armen ausgebildeten, zur Ventilsitzachse parallelen Führungsflächen geführt ist. Auf diese Weise wird durch die Führungsflächen die ringsum gleichmäßige Anströmung des Venturikanals so wenig wie möglich beeinträchtigt.
Hierbei können an den einwärts gerichteten Armen auch die Anschläge ausgebildet sein. Dies erlaubt es, den Strömungsquerschnitt im Bereich der Anschläge so groß zu gestalten, daß hier praktisch überhaupt keine Stünungswiderstände auftreten.
Bei einer bevorzugten Konstruktion sind der Ventilsitz, die anschließende Wandfläche und die Leitfläche in einer Vertiefung einer plattenförmigen Wand und die Anschläge und Führungsflächen an in die Vertiefung ragenden Vorsprüngen einer Abdeckplatte ausgebildet. Dies ergibt einen sehr einfachen Aufbau.
Hierbei kann die Abdeckplatte eine zum Ventil sitz zentrische Bohrung und drei diese schneidende, gleichmäßig am Umfang verteilte exzentrische Bohrungen aufweisen. Eine solche Abdeckplatte läßt sich leicht herstellen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten AusÎührungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindurg;gemäßes Ventil in seiner Schließstellung, Fig. 2 das Ventil in seiner Öffnungsstellung während des Schli eßvorgange s, Fig. 3 eine Teildraufsicht auf die den Ventilsitz tragende Platte in einem gegenüber Fig. 1 kleineren Maßstab und Fig. 4 eine Teilansicht von unten auf die Abdeckplatte im gleichen Maßstab wie die Fig. 3.
Das Ventil weist ein als kreisförmige Scheibe 1 ausgebildetes Verschlußstück und einen Ventil sitz 2 auf, der von einer plattenförmigen Wand 3 getragen ist und ein zylindrisches Loch 4 umgibt. Unter Zwischenlage einer Dichtscheibe 6 ist eine Abdeckplatte 7 aufgelegt, die an drei in Umfangsrichtung versetzten Stellen Anschläge 8 zur Hubbegrenzung der Scheibe 1 und zur Ventilsitzachse parallele Filhrungsflächen 9 zur Führung der Scheibe 1 aufweist.
Der Ventilsitz 2 befindet sichin einer Vertiefung 10 der Wand 3. Diese ist durch eine konische Wandfläche 11, die sich vom Ventilsitz 2 bis zu einem tiefsten Punkt 12 erstreckt, und eine angrenzende Leitfläche 13, die sich vom Ventilsitz weg nach außen erweitert, begrenzt. Der Punkt 12 befindet sich mit Abstand außerhalb des Randes 14 der Scheibe 1. In die Vertiefung 10 ragen Vorsprünge 15, die an einwärts gerichteten Armen 16 ausgebildet sind. Diese Arme entstehen dadurch, daß der Vorsprung 15 zunächst rotationssymmetrisch fertiggestellt und dann vier gleich große Bohrungen vorgesehen werden, nämlich eine zum Ventilsitz 2 zentrische Bohrung 17 und drei diese schneidende, gleichmäßig am Umfang verteilte exzentrische Bohrungen 18.
Die konische Wandfläche 11 bildet zusammen mit der feinen Unterseite 19 der Scheibe 1 in der offenen Stellung des Ventils einen Venturikanal 20. Wenn das Medium in der in Fig. 2 durch die Strömunglinien 21 veranschaulichten Richtung strömt, entsteht zum Ventil sitz 2 hin mit Bezug auf den über der Scheibe liegenden Raum 22 ein Druckabfall. Die Druckdifferenz erzeugt eine Schließkraft P, unter deren Einwirkung sich die Scheibe 1 in Richtung auf den Ventil sitz bewegt. Hierbei verengt sich der Venturikanal 20, wodurch die Kraft P steigt. Insgesamt ergibt sich eine sehr schnelle Schließbewegung.
Das Öffnen des Ventils erfolgt ebenfalls rasch, weil sich bei umgekehrten Druckverhältnissen die Scheibe 1 rasch vom Ventilsitz 2 abhebt und dann das Medium in umgekehrter Richtung nach außen strömen kann. Da sich der Venturikanal in dieser Strömungsrichtung auf konstante Weise erweitert und der Winkel zwischen den Flächen 11 und 19 nicht allzu groß ist, kann sich diese Strömung nicht von den Flächen 11 und 19 ablösen und dadurch uner'.it'nschte Ströu gswiderstände hervorrufen.
Das veranschaulichte Ventil kann als Druckventil vorgesehen werden, wobei man sich unterhalb der Wand 3 den Hubraum des Axialkolbens vorstellen muß. Es kann aber auch als Saugventil verwendet werden, wobei man sich den Hubraum oberhalb der Abdeckplatte 7 vorstellen muß.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel waren die folgenden Daten gewählt worden: Dicke t der Scheibe 1 0,15 mm Durchmesser D1 der Scheibe 1 8 mm Durchmesser D2 des Ventilsitzes 3 mm Außendurchmesser D3 der Wandfläche 11 10 mm Außendurchmesser D4 der Leitfläche 13 14,5 mm Winkel α des Venturikanals 20 80 Winkel der Leitfläche 13 450

Claims

Patentansprüche 0Ventil für Axialkolbenmaschinen, insbesondere für Kältemittelverdichter, bei dem das Verschlußstück eine lose eingelegte Scheibe ist, die zwischen einem von einer Wand getragenen Ventil sitz und einem Anschlag hin und her beweglich und vorzugsweise eben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) soweit über den Ventilsitz (2) nach außen übersteht und der Abstand zwischen der Scheibe und der ihr zugewandten Wandfläche (11) in Radialrichtung bis zum Ventil sitz hin kontinuierlich derart nach innen abnimmt, daß sich für einwärts strömendes Medium bis zum Spießen des Ventils ein Venturikanal (20) ergibt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) Kreisform hat.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandfläche (ii) etwa konisch-verläuft.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsflächen (11, 19) des Venturikanals (20) einen Winkel von etwa 7 bis 100 miteinander bilden.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibendurchmesser etwa dem 1,5 bis 3fachen des Ventilsitzdurchmessers entspricht.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibendurchmesser höchstens 10 mm beträgt.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibendicke zwischen 0,1 und 0,3 mm liegt.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandfläche (11) ihre Neigung über den Rand (14) der Scheibe (1) hinaus beIbehält.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Ventilsitz (2) weg\nach außen erweiternde Leitfläche (13) den Rand (14) der Scheibe (1) mit Abstand umgibt.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) an mindestens drei im Abstand voneinander angeordneten Umfangsstellen durch an einwärts gerichteten Armen (16) ausgebildeten, zur Ventilsitzachse parallelen Führungsflächen (9) geführt ist.
11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den einwärts gerichteten Armen (16) auch die Anschläge (8) ausgebildet sind.
12. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (2),die anschließende Wandfläche (11) und die Leitfläche (13) in einer Vertiefung (10) einer plattenförmigen Wand (3) und die Anschläge (8) und Führungsflächen (9) an in die Vertiefung ragenden Vorsprüngen (15) einer Abdeckplatte (7) ausgebildet sind.
13. Ventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (7) eine zum Ventil sitz (2) zentrische Bohrung (17) und drei diese schneidende, gleichmäßig am Umfang verteilte exzentrische Bohrungen (18) aufweist.