DE3050583C1

DE3050583C1 - Geradstromventil

Info

Publication number: DE3050583C1
Application number: DE3050583A
Authority: DE
Inventors: Mark Isaakovi&ccaron; Leningrad Frenkel'
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1984-09-06
Also published as: US4489753A; WO1982001236A1; JPS645186B2; JPS57501438A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Geradstromventil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ventile dieser Art finden Verwendung in schnelläufigen Kolbenverdichtem. Die Wirtschaftlichkeit solcher Verdichter hängt wesentlich vom Strömungswiderstand im Gassystem ab und die in den Ventilen auftretenden Energieverluste sind die größten von allen Energieverlusten in einem Verdichter.

Ein gattungsgemäßes Geradstromventil ist aus der DE-PS 22 18 095 bekannt. Mit einer solchen Bauart wird eine Vergrößerung der Durchgangsquerschnitte der Ventile ohne Beeinträchtigung ihrer Zuverlässigkeit und Vergrößerung der Außenmaße erzielt, weil die vielzahnigen Platten eine größere Länge der Austrittsspalte erlauben.

Bei der bekannten Ausbildung sind die Zahnplatten einstückig ausgebildet. Dadurch sind sie kompliziert in der Herstellung; es sind zu ihrer Fertigung aufwendige Stanzwerkzeuge erforderlich. Außerdem wird zur Herstellung solcher Platten ein sehr breites Band von geringer Dicke mit hoher Festigkeit und Elastizität benötigt. Dazu kommt, daß infolge der Anisotropie des Bandmaterials ein Teil der Zähne ungünstig in bezug auf die Walzrichtung ausgerichtet ist. Dies beeinträchtigt die Festigkeit, insbesondere die Dauerstandfestigkeit der Platten und somit die Zuverlässigkeit des Ventils.

Auch entstehen beim Stanzen der Platten an den Zahnrändern Mikrorisse, die die Standzeit der Platten e>0 und damit des Ventils insgesamt verringern. Die Möglichkeit der Verfestigung der Platten durch Putzen derselben in einer umlaufenden und schwingenden Putztrommel mit Schleifmitteln ist dabei nicht gangbar, weil diese dünnen Platten mit vielen Zähnen und den zwi- b5 sehen den Zähnen gebildeten Schwachstellen eine solche Behandlung nicht aushalten würden.

Schließlich kann es beim Verspannen des Pakets der Ventilelemente zu geringfügigen Quetschungen von Abschnitten der Sitzoberfläche kommen, wobei sich entlang der Grenze dieses Abschnitts ein Absatz bildet, welcher die Plattenzähne von ihren Sitzflächen wegbiegt. Dies führt zum Überströmen des Gases und damit zur Beeinträchtigung der Wirksamkeit des Ventils durch Undichtigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Geradstromventils, das bei einfacher Herstellung einen verbesserten Wirkungsgrad und eine erhöhte Zuverlässigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem gattungsgemäßen Geradstromventil erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst. Bei dieser Ausbildung können die einzelnen Ringsegmente so ausgestanzt werden, daß die Zähne derselben günstig zur Walzrichtung orientiert sind. Weiterhin ist eine nachfolgende Verfestigung durch eine Vibrationsbearbeitung in einer Putztrommel möglich. Zum Ausstanzen der einzelnen Zähne und der Träger genügen einfache Schnitt-Preßwerkzeuge. Außerdem besteht die Möglichkeit einer Vereinheitlichung der Zähne bei der Herstellung von verschieden großen Platten.

Wenn gemäß Anspruch 2 zweckmäßigerweise jeder Träger einen nach innen über die Klemmfläche hinausragenden Randbereich zum Anpressen der Zähne an den Sitz aufweist, so wird verhindert, daß sich die Zähne in Richtung zur Begrenzungsfläche abbiegen, so daß Undichtigkeiten vorgebeugt ist und der Wirkungsgrad des Ventils verbessert ist. Dabei ist zweckmäßigerweise der Randbereich gekrümmt mit einer gegen die Zähne anliegenden Kante ausgebildet.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt durch ein Geradstromventil; Fig. 2 den Schnitt längs der Linie 1I-II von Fig. 1;

F i g. 3 die Ansicht einer Platte von der Zähneseite;

F i g. 4 den Schnitt längs der Linie IV-IV von F i g. 2.

Das zylindrische Geradstromsaug- und -druckventil besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1 aus miteinander verbundenen starren Ringelementen 2. Auf der linken Hälfte von F i g. 1 und 2 ist der Saugsektor 13 dargestellt, durch den beim Saugtakt des Kolbens das Gas ins Innere des Ventils gesaugt wird, und auf der rechten Hälfte ist der Drucksektor 14 dargestellt, durch den beim Verdichtungshub des Kolbens das Gas ausgeschoben wird. Die Ventilelemente im Saugsektor haben Eintrittskanäle 3 und ins Innere mündende Ableitungskanäle 5, zwischen den die Sitzfläche 7 der Zähne 11 liegt, und im Drucksektor haben sie Zuleitungskanäle 4 und in die Druckleitung mündende Ableitungskanäle 6.

Auf der anderen Stirnseite jedes Ringelements 2 ist eine Begrenzungsfläche in Form von Nischen 8, 9 ausgebildet. Die Begrenzungsfläche des einen Ringelements 2 liegt gegenüber den Zuleitungskanälen 3,4 und den Ableitungskanälen 5, 6 des angrenzenden Ringelements 2. Die ringförmigen Zahnplatten 10 mit Zähnen 11, 12 sind zwischen benachbarten Ringelementen 2 im Bereich der Füße der Zähne 11,12 eingeklemmt.

Die Zähne 11, 12 der Platte 10 decken jeweils die Zuleitungskänle 3, 4 ab, und jeweils zwischen diesen, d. h. im Bereich der Lücken zwischen den Zähnen 11,12 liegen die Ableitungskanäle 5 und 6.

Zwischen dem Saugsektor 13 und dem Drucksektor 14 liegen Trennabschnitte 15 in einer Diametralebene.

Im Saugsektor 13 sind die Zuleitungskanäle 3 der Ringelemente 2 auf der Außenfläche jedes zwischen

zwei Ringelementen gebildeten Ventilelements 16 und die Ableitungskanäle 5 und die Nischen 8 auf der Innenfläche dieses Ringelements offen. Im Drucksektor 14 ist die Anordnung umgekehrt: die Zuleitungskanäle 4 gehen von der Innenfläche des Ringeiements 16 aus und die Ableitungskanäle 6 und die Nischen 9 münden zur Außenfläche. Die Zähne 11 der Zahnplatten 10 weisen im Saugsektor 13 mit den Zahnköpfen nach innen und die Zähne 12 im Drucksektor 14 nach außen.

Die ringförmige Zahnplatte 10 besteht aus einem Satz einzelner Zähne 11 und 12, die mit diametral verlaufenden Kanten 17 und 18 an den Füßen 19 dicht zusammenstoßen. Dabei liegen die Zähne 11,12 mit ihren Füßen 19 an einem dünnen Träger 20 an, von welchem sie zusammengehalten werden. Im zusammengebauten Ventil sind die Platten 10 derart angeordnet, daß die Träger 20 an den Stirnflächen der Ringelemente 2 auf der Seite der Segrenzungsfläche anliegen.

Die Umrisse des Trägers 20 entsprechei: etwa den Umrissen der Klemmfläche 21, ragen jedoch mit einem Rand 22 um etwa ein Zehntel der freien Länge der Zähne in die Nischen 8 und 9 hinein und stützen in diesem Bereich die Zähne.

Vor der Fertigung der Zahnplatten 10 werden die Rohlinge für die Zähne 11, 12 in einer vibrierenden Putztrommel bearbeitet, um sie zu verfestigen, zu entgraten und die Kanten zu brechen. Hiernach werden die Seitenkanten 17 bzw. 18 der gestapelten Zähne 11 bzw. 12 überschliffen, um später einen dichten Stoß zwischen ihnen zu gewährleisten. Hierbei können zur Anpassung der Zähne an für Ventile mit unterschiedlichen Durchmessern bestimmte Zahnplatten leicht Änderungen des Abstands und des Winkels zwischen den Kanten 17 bzw. 18 vorgenommen werden, so daß ausgehend von den gleichen Stanzlingen Zahnplatten verschiedener Durchmesser gefertigt werden können.

Es ist auch möglich, die Zahnplatte 10 statt aus einzelnen Zähnen aus Segmenten mit mehreren, z. B. zwei, drei oder ggfs. auch mehr Zähnen zusammenzusetzen. Bei einer solchen Ausbildung werden die erreichbaren Vorteile noch nicht eingebüßt, während sogar eine bessere Dichtigkeit des Ventils erzielt wird.

Die Zähne 11,12 bzw. die Ringsegmente werden mit dem Träger 20 auf geeignete Weise, z. B. durch Zusammenschweißen verbunden, und zwar in dem Bereich, in dem die Platten zwischen den Ringelementen eingeklemmt sind. Diese Verbindung dient in erster Linie der Bequemlichkeit de*' späteren Montage; an die Festigkeit der Verbindung zwischen den Zähnen 11, 12 und den Träger werden keine hohen Anforderungen gestellt, da diese Bauelemente nach der Ventilmontage zusätzlich durch die Kraft zusammengehalten werden, mit welcher die Ringelemente gegeneinander verspannt werden.

Es kann zweckmäßig sein, im Saugsektor 13 dünnere Zähne Jl und im Drucksektor 14 dickere Zähne 12 vorzusehen. Dies ist auf einfache Weise dadurch möglich, daß die sich ergebende Dickendifferenz durch unterschiedliche Dicke der Abschnitte 23 und 24 des Trägers 20 ausgeglichen wird. Es muß nur die Gesamtdicke der Zähne 11,12 und des Trägers 20 jeder Platte 10 konstant über die gesamte Klemmfläche sein. Die so erzielbare unterschiedliche Steifigkeit der Zähne 11, 12 der Platte 10 bringt eine wesentliche Erhöhung der Wirksamkeit der Ventile mit sich.

Während vorstehend ein kombiniertes Ventil, also ein Saug-Druck-Ventil betrachtet wurde, können Zahnplatten in ähnlicher Weise auch füi¹ reine Saugventile oder für reine Druckventile gefertigt werden. Solche Zahnplatten bestehen ebenfalls aus auf einem Träger befestigten Zähnen, wobei hier der Träger die Form eines ungeteilten Rings geringer Breite hat, der bei Saugventilen am Außenrand der Platte und bei Druckventilen am Innenrand liegt Die Zähne der Saugventilplatten weisen dabei mit den Köpfen nach innen und die Zähne der Druckventilplatten nach außen.

Der Träger 20 der Platte 10 des bekpielsgemäßen kombinierten Ventils weist radiale Zungen 25 auf, die im

ίο Bereich des Saugsektors 13 nach innen und im Bereich des Drucksektors 14 nach außen gerichtet sind. Die Zungen dienen zur Festlegung der Platte 10 gegenüber dem Ringelement und sind mit Löchern zum Durchtritt der Schrauben ausgeführt, mit weichen das Paket der Ringelemente zusammengezogen und verspannt wird. Nach dem Zusammenbau des Ventils sind die zwischen den starren Sitzen und den Hubbegrenzern eingeklemmten Zungen vollständig unbeweglich.
Der Träger 20 wird mit einer Abkantung in Richtung der Zähne 11, 12 ausgeführt wobei die Kante 26 des Randes 22 (Fig.4) die Zähne der Platten 10 auf ihren Ventilsitz 7 drückt und verhindert, daß diese sich von ihm wegbiegen.

Die beschriebene Ausbildung von Zahnplatten ist nicht beschränkt auf zylindrische, sondern auch anwendbar auf ebene Geradstromventile (rund und rechteckig) mit starren prismenförmig ausgebildeten Teilen und mit Zahnplatten, welche zwischen solchen Teilen auf geradlinigen Erttreckungen eingeklemmt sind. Dabei können Zähne mit gleichen Formen und Abmessungen ihres beweglichen Teils zum Zusammenbau ebener Geradstromventile dienen.

Das beschriebene Geradstromventil funktioniert wie folgt:

Unter Einwirkung des Überdrucks in dem Raum vor dem Ventil bzw. dem Ventilsektor 13 oder 14 gegenüber dem hinter dem Ventil bzw. Ventilsektor herrschenden Druck biegen sich die Zähne 11 bzw. 12 der Platte 10 ins Innere der Nischen 8, 9 der Begrenzungsfläche und längs des Randes der Zähne 11, 12 bilden sich zwischen ihnen und dem Sitz 7 Spalte, welche den Strömungsweg für das Gas öffnen. Mit dem Anstieg der Druckdifferenz wächst die Intensität der Strömung und die Hubhöhe der Zähne 11, 12 der Platte 10 wird größer. Mit der Abnahme der Druckdifferenz wird die Hubhöhe wieder kleiner und wenn die Druckdifferenz ihr Vorzeichen wechselt, werden die Platten unter der Wirkung der negativen Druckdifferenz auf den Sitz 7 gedrückt, wodurch eine Rückströmung des Gases durch das Ventil ausgeschlossen ist.

Während die negative Druckdifferenz herrscht, wirkt also die dünne Platte 10 als Rückschlagventil und wird in Richtung von der Begrenzungsoberfläche zum Sitz 7 beaufschlagt. Dabei wird sie etwas in das Innere der Zuleitungskanäle 3,4 gebogen und auf diesen Abschnitten entstehen an den Kanten, zwischen welchen die Platte 10 eingeklemmt ist, örtliche segmentförmige Spalte. Diese sind ebenfalls eine der Hauptursachen für Undichtigkeiten und lassen es zu Rückströmungen kommen, die umso stärker sind, je dünner die Platte 10 und je tiefer die Durchbiegungen sind. Die Durchbiegung ist umgekehrt proportional der dritten Potenz der Dicke der Platte 10.

Bei der vorliegenden Ausbildung vergrößert derTräger 20 die Gesamtdicke der Platte 10 wesentlich, was eine erhebliche Reduzierung der Abmessungen der Spalte zur Folge hat. Die Leckverluste nehmen in einem noch größeren Maße ab. da sie bei Spalten geringer

Breite (enge Spalte) ihrerseits umgekehrt proportional der dritten Potenz der Spaltbreite (bei laminarer Strömung) sind. Auch durch diesen Umstand ergibt sich eine Erhöhung der Dichtheit an den Kanten, zwischen welchen die Platte 10 eingeklemmt ist.

Wenn die Zähne 11, 12 an einem Träger 20 festgemacht sind, der sie mittels einer Kante 26 auf den Sitz 7 drückt, so wird auch bei einer auf das Ventil wirkenden Druckdifferenz von NuI! ein zuverlässiger Abschluß gewährleistet sein. Die Kante 26 drückt die Zähne fest auf die Oberfläche des Sitzes 7 und verhindert ein Abstehen bei unbelastetem Ventil. Das Ventil schließt ohne Verspätung, und Rückströmungen des Arbeitsmediums werden vermieden, die sonst auftreten, wenn das Ventil erst durch eine Rückströmung geschlossen werden muß. π

Das Bewegungsdiagramm der elastischen Ventiiplatten beim Betrieb in einem Verdichter hängt unmittelbar von der Steifigkeit der federnden Teile der Platte 10 ab, d.h. von der Dicke der Zähne 11, 12. Mit sehr steifen Zähnen schließt das Ventil vorzeitig und mit weniger steifen Zähnen schließt es mit Verspätung. Wenn, wie oben beschrieben, die Saug- und Drucksektoren der Zahnplatten 10 mit verschieden dicken Zähnen 11, 12 bestückt werden, können optimale Betriebsbedingungen erzielt werden, nämlich daß das Ventil ohne wesentliehe Voreilung und Verspätung schließt und schon bei einer kleineren Druckdifferenz vollständig öffnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Geradstrom ventil, umfassend ein Gehäuse aus untereinander verbundenen starren Ringelementen, von denen jedes auf der einen Stirnseite mindestens einen Zuleitungskanal und eine als Ventilsitz ausgebildete Oberfläche aufweist und auf der anderen Stirnseite eine Begrenzungsfläche bildet, die der ebenfalls mindestens einen Zuleitungskanal und eine Sitzfläche aufweisenden Stirnseite des nächstfolgenden Ringelements gegenüberliegt, sowie Absperrelemente in Form von zwischen benachbarten Ringelementen eingeklemmten Zahnplatten, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zahnplatte (10) aus einzelnen Ringsegmenten mit mindestens je einem Zahn (11 bzw. 12) zusammengesetzt ist, dh jeweils an ihrem Fußabschnitt auf einem Träger (20) befestigt sind.

2. Geradstromventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Träger (20) einen nach innen über die Klemmfläche hinausragenden Randbereich (22) zum Anpressen der Zähne (11 bzw. 12) an den Sitz (7) aufweist.

3. Geradstromventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich (22) gekrümmt mit einer gegen die Zähne (11 bzw. 12) anliegenden Kante (26) ausgebildet ist.