-
-
Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Rückschlagventil,
-
insbesondere zum Einbau in Wärmepumpen bzw. Kühlaggregaten, mit einem
Ventilkörper, dessen Kopfteil mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und mit einem ventilkörperseitigen
Führungsteil verbunden ist, welches seinerseits mit Abstand vom Kopfteil am Ventilgehäuse
bzw. einem damit verbundenen Teil mit Beweglichkeit in Schließrichtung des Ventilkörpers
sowie mit Spiel quer zur Schließrichtung geführt ist.
-
Bei selbsttätigen Rückschlagventilen, welche ohne externe Zwangssteuerung
allein vom das Ventil durchströmenden Medium in öffnungs- bzw. Schließrichtung verstellt
werden, müssen eine Vielzahl von Forderungen erfüllt werden. Dies ist insofern schwierig,
als Maßnahmen zur Erfüllung einer Forderung oftmals optimale Konstruktionen zur
Erfüllung einer anderen Forderung ausschließen.
-
Beispielsweise ist bei Rückschlagventilen mit kugelförmigen Ventilkörpern
vorteilhaft, daß Rotationsbewegungen des Ventilkörpers, soweit sie überhaupt in
nennenswertem Umfange auftreten, keinerlei Einfluß auf die Dichtigkeit des Ventiles
in Schließlage des Ventilkörpers haben können, weil derselbe rotationssymmetrisch
ausgebildet ist und dementsprechend mit allen Oberflächenbereichen in gleicher Weise
mit dem Ventilsitz zusammenwirken kann.
-
Dagegen ist das öffnungsverhalten eines Rückschlagventiles mit kugelförmigem
Ventilkörper nicht optimal. Eine Kugel besitzt nur einen vergleichsweise geringen
Strömungswiderstand. Dies ist gleichbedeutend damit, daß innerhalb einer Strömung
in der Umgebung der Kugel nur geringe Druckdifferenzen auftreten. Damit kann ein
kugelförmiger Ventilkörper von dem das Ventil durchströmenden Fluid nur vergleichsweise
schwer
und langsam in öffnungsrichtung bewegt werden, wenn am Einlaß und Auslaß des Ventiles
ein Druckgefälle in öffnungsrichtung desselben auftritt. Aus diesem Grunde muß damit
gerechnet werden, daß der kugelförmige Ventilkörper nur bei verhältnismäßig großem
Durchmesser oder bei vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeiten des das Ventil
durchströmenden Mediums vollständig in die öffnungsstellung verschoben wird. Bei
geringerer Strömung, d.h. im Teillastbereich des Fluidsystems, kann dagegen das
Rückschlagventil mit kugelförmigem Ventilkörper nur teilweise unter Erhöhung des
Drosselwiderstandes des Ventiles öffnen.
-
Hinsichtlich des Öffnungsverhaltens sind Rückschlagventile mit plattenförmigen
Ventilkörpern besonders günstig. Hier läßt sich nämlich erreichen, daß das Ventil
in geöffnetem Zustande nur einen geringen Druckabfall zwischen Einlaß und Auslaß
verursacht und dieser Druckabfall im wesentlichen in unmittelbarer Umgebung des
plattenförmigen Ventilkörpers erzeugt wird. damit kann bereits eine verhältnismäßig
schwache Strömung in Durchlaßrichtung des Rückschlagventiles den Ventilkörper vollständig
in seine öffnungsstellung verschieben. Darüber hinaus setzt sich der Schließkörper
unverzüglich auf dem Ventilsitz dichtend auf, wen eine Umkehr der Strömungsrichtung
erfolgen sollte.
-
Bei den beschriebenen Rückschlagventilen mit plattenförmigen Ventilkörpern
ist jedoch nachteilhaft, daß der Ventilkörper unter Umständen zu recht heftigen
Flatterschwingungen neigt, die ihrerseits zu Geräuschen und zur Verminderung der
Standzeit des Ventiles führen.
-
Zur Verhinderung von Flatterschwingungen ist es bekannt, in Rückschlagventilen
Ventilkörper mit plattenartigen Kopfteilen anzuordnen, die dann mittels eines an
ihnen angeordneten axialen Fortsatzes in mehr oder weniger großer
Entfernung
von der Plattenebene am Ventilgehäuse bzw.
-
damit verbundenen Teilen geführt sind. Um jedoch trotz Fertigungstoleranzen
der funktionell wesentlichen Ventilteile, wie Führungen, plattenförmige Ventilköpfe
und damit zusammenwirkende Sitze, ein exaktes Schließen des Ventiles zu ermöglichen,
wobei sich die dem Ventilsitz zugewandte Stirnseite des plattenförmigen Kopfteiles
des Ventilkörpers dicht auf den im allgemeinen als Ringwulst ausgebildeten Ventilsitz
auflegen muß, müssen die Führungen mit Spiel quer zur Schließrichtung des Ventilkörpers
behaftet sein. Um die aufgrund dieses Spieles wiederum ermöglichten Flatterschwingungen
des plattenförmigen Kopfteiles gering zu halten, ist es wünschenswert, wenn der
zur Führung dienende axiale Fortsatz in recht großem Abstand vom Kopfteil des Ventilkörpers
e geführt ist. Damit bildet der gesamte Ventilkörper ein relativ langes pendelförmiges
Teil, dessen Schwenkzentrum bei den mit den Flatterschwingungen des plattenförmigen
Ventilkopfes zwangsläufig verbundenen Pendelbewegungen des gesamten Ventilkörpers
im Bereich der Führungen und damit in großem Abstand vom Kopfteil des Ventilkörpers
liegt. Da die Schnelligkeit von Pendelbewegungen mit zunehmender Länge des Pendels
abnimmt, können bei Führung des Ventilkörpers mit recht großem Abstand vom Kopfteil
desselben nur vergleichsweise schwache Flatterschwingungen des Kopfteiles auftreten.
-
Allerdings muß dieser Vorteil mit dem Nachteil erkauft werden, daß
bereits relativ geringe, auf den Ventilkörper quer zur Schließrichtung einwirkende
Störkräfte - wie sie z.B. durch Wirbel in der Fluidströmung oder durch Erschütterungen
des Ventilgehäuses hervorgerufen werden - ausreichen, das plattenförmige Kopfteil
an einer exakten Einnahme der Schließlage zu hindern. Denn die genannten Störkräfte
- die recht klein sein können, da auf
den Ventilkörper in der Regel
nur eine geringe, meist mittels einer Ventilfeder erzeugte Rückstellkraft wirkt
-vermögen die Lage des Ventilkörpers derart zu verändern, daß dessen Achse gegenüber
der Achse des Ventilsitzes geringfügig geneigt ist. Die Wirkung der Störkräfte ist
umso größer, je größer der Abstand zwischen dem plattenförmigen Kopfteil des Ventilkörpers
und dessen Führungen am Fortsatz ist.
-
Aus diesem Grunde kann der Abstand zwischen Führungen und plattenförmigem
Kopfteil in der Regel nicht optimal bemessen werden.
-
Um den Einfluß der genannten Störkräfte zu verringern, ist es bereits
bekannt, am plattenförmigen od.dgl. Kopfteil eines Ventilkörpers, welcher mittels
eines an das Kopfteil anschließenden Fortsatz es in größerem Abstand vom Kopfteil
am Gehäuse oder damit verbundenen Teilen in Schließrichtung sowie mit Spiel quer
zur Schließrichtung geführt ist, eine als Mantelfläche eines Kegelstumpfes ausgebildete
Dichtfläche anzuordnen, welche mit einem als ringförmige Kante ausgebildeten Ventilsitz
zusammenwirkt.
-
Bei dieser Ausgestaltung können quer zur Schließrichtung wirkende
Storkräfte das Kopfteil des Ventilkörpers kaum noch bei der Einnahme der Schließlage
im Ventilsitz behindern.
-
Jedoch ist zu berücksichtigen, daß der gesamte Ventilkörper aufgrund
der spielbehafteten Führung mit seiner Achse eine zur Achse des Ventilsitzes geringfügig
geneigte Lage einnehmen kann, bei der die kegelmantelartige Dichtfläche des Ventilkörpers
nur noch dann dicht auf dem Ventilsitz aufsitzen kann, wenn die Dichtfläche und/oder
der Ventilsitz eine hinreichende elastische Verformbarkeit besitzen. Dies
ist
aber gleichbedeutend mit einer Einschränkung hinsichtlich der für den Ventilsitz
und/oder das Kopfteil des Ventilkörpers verwendbaren Materialien.
-
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Ventil zu schaffen, bei dem
eine gute öffnungscharakteristik, geringe Flatterneigung, hohe Stabilität gegenüber
Störkräften sowie eine exakte Schließung auch bei Lagen des Ventilkörpers mit zur
Schließrichtung geneigter Achse und weitestgehende Freiheit bezüglich der für das
Kopfteil des Ventilkörpers sowie den Sitz verwendbaren Materialien gleichzeitig
erreichbar sind.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Rückschlagventil der eingangs angegebenen
Art gelöst, wenn die in Schließlage aufeinandersitzenden ringförmigen Dichtflächen
von Kopfteil und Ventilsitz einerseits als ring- bzw. kreisförmiger Ausschnitt einer
Kugelmantelfläche und andererseits als auf diesem Ausschnitt tangential auf legbarer
schmaler Ringstreifen ausgebildet sind, dessen Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser
des Ausschnittes ist.
-
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, die Dichtflächen derart auszubilden,
daß eine den Berührungsbereich zwischen Kugelmantelfläche und Ringstreifen tangential
zur Berührungszone zwischen denselben durchdringende Kegelmantelfläche sich unter
einem öffnungswinkel zwischen 400 0 und 140 trichterförmig erweitert.
-
Da der Durchmesser des Ringstreifens kleiner ist als der Außendurchmesser
des ring- bzw. kreisförmigen Ausschnittes der die eine Dichtfläche bildenden Kugelmantelfläche
kann der Ringstreifen innerhalb eines vorgebbaren Bereiches mit unterschiedlicher
Neigung seiner Achse bezüglich der Achse
des ring- bzw. kreisförmigen
Ausschnittes tangential auf denselben aufgelegt werden. Dies ist gleichbedeutend
damit, daß die Dichtflächen von Kopfteil und Ventilsitz auch dann ohne Verformung
dicht aufeinander aufliegen können, wenn das Kopfteil des Ventilkörpers im Rahmen
der durch die Ventilkonstruktion, insbesondere durch das Führungsspiel, vorgegebenen
Bewegungsmöglichkeiten eine mit seiner Achse zur Achse des Ventilsitzes geneigte
Lage einnimmt. Gleichzeitig ist jede der möglichen Schließlagen gegenüber Störkräften
quer zur Ventilkörperachse bzw. Schließrichtung außerordentlich stabil, weil die
zwischen Kopfteil und Ventilsitz auftretenden Abstützkräfte eine große Komponente
quer zur Schließrichtung bzw. Ventilkörperachse aufweisen und damit den Störkräften
wirksam entgegenwirken. Dies gilt insbesondere, wenn der öffnungswinkel der oben
angegebenen Kegelmantelfläche, welche die Berührungszone zwischen Ventilkörper und
Ventilsitz tangential durchsetzt, im bevorzugten Bereich liegt.
-
Darüber hinaus kann das Ventil praktisch ohne Flatterschwingungen
arbeiten, weil die Führungen des Ventilkörpers mit großem Abstand von dessen Kopfteil
angeordnet werden können, ohne die Stabilität gegen Störkräfte entscheidend zu beeinflussen.
In der Regel wird sogar mit zunehmendem Abstand zwischen Kopfteil und Führungen
eine Verbesserung der Stabilität gegen die Störkräfte erzielt.
-
Schließlich besteht hinsichtlich der Form des Ventilkörpers eine große
konstruktive Freiheit, so daß dessen Kopfteil ohne weiteres scheibenförmig oder
in sonstiger Weise derart ausgestaltet werden kann, daß das am Kopfteil bei teilgeöffnetem
Ventil vorbeiströmende Fluid einen vergleichsweise ausgeprägten Druckabfall am Ventilkopf,
d.h. eine relativ deutliche Differenz zwischen dem Druck auf der entgegen der
Strömungsrichtung
weisenden Vorderseite und dem Druck auf der in Strömungsrichtung weisenden Rückseite
des Ventilkopfes, erzeugen kann, um eine gute öffnungscharakteristik zu erzielen.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Dichtfläche des Kopfteiles konvex, als ring- bzw. kreisförmiger Ausschnitt
der Kugelmantelfläche und die Dichtfläche des Sitzes als kegelmantelförmiger Ringstreifen
ausgebildet ist.
-
Stattdessen kann auch vorgesehen sein, daß die Dichtfläche des Sitzes
als Ringstreifen in Form eines Torusausschnittes ausgebildet ist, welcher im Grenzfall
die Form einer Ringkante besitzen kann.
-
Bei beiden Ausführungsformen ist gewährleistet, daß die Dichtflächen
auch bei schräger Ausrichtung der Ventilkörperachse gegenüber der Sitzachse längs
einer Kreislinie exakt tangential aufeinander aufliegen können, ohne daß dazu eine
Verformung einer oder beider Dichtflächen notwendig wäre.
-
Die Anordnung einer torusförmigen Dichtfläche am Ventilsitz ist in
der Regel bevorzugt, weil dann eine höhere Linienpressung zwischen den Dichtflächen
auftritt.
-
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtfläche des Sitzes konkav als ringförmiger Ausschnitt einer Kugelmantelfläche
und die Dichtfläche des Kopfteiles konvex, als Ringstreifen in Form eines Torusausschnittes
ausgebildet ist. Auch hier sind wiederum verkippte Lagen der Ventilkörperachse gegenüber
der Sitzachse ohne Beeinträchtigung der Dichtheit des Ventiles in Schließlage möglich.
-
Um mit schwachen Rückstellfedern auszukommen und die Trägheit zu vermindern,
kann der Ventilkörper bei allen dargestellten Ausführungsformen aus Kunststoff hergestellt
sein. Eine derartige Ausbildung bietet oftmals auch hinsichtlich der Verschleißarmut
Vorteile, weil dazu in der Regel miteinander zusammenwirkende Dichtflächen aus unterschiedlich
harten Materialien günstig sind, jedenfalls dann, wenn - wie bei der Erfindung -
die Dichtflächen großflächig tangential aufeinander aufliegen und damit gegeneinander
keinerlei Kerb- oder Schneidwirkung auszuüben suchen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei zeigen Fig. 1 bis 5 Axialschnitte
dreier bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rückschlagventiles und
Fig. 6 und 7 Darstellungen zur Abschätzung der Stabilität der erfindungsgemäßen
Ventile gegenüber Störkräften.
-
Die Fig. 1 bis 3 zeigen drei verschiedene Ausgestaltungen des Kopfteiles
des Ventilkörpers sowie des Ventilsitzes für ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil.
-
Nach Fig. 1 besitzt der Ventilkörper eine konvexe Dichtfläche 1, welche
die Form einer Kegelstumpfmantelfläche eines Kegels mit dem öffnungswinkel X hat.
Die Dichtfläche 1 wirkt mit einer Dichtfläche 2 an einem Kopfteil 3 eines Ventilkörpers
4 zusammen. Die ringförmige Dichtflcche 2 besitzt die Form eines ringförmigen Ausschnittes
aus einer Kugelmantelfläche mit dem Mittelpunkt M auf der Mittelachse des Ventilkörpers
4.
-
An das Kopfteil 3 des Ventilkörpers 4 schließt sich ein zylindrischer
Fortsatz 5 an, welcher mit - übergroß dargestelltem - Spiel auf einem fest am nicht
dargestellten Gehäuse des Ventiles angeordneten Führungszapfen 6 geführt ist. Aufgrund
des Spieles kann der Ventilkörper 4 eine Schließlage, wie sie beispielhaft dargestellt
ist, auch dann erreichen, wenn der Führungszapfen 6 nicht exakt gleichachsig zur
Achse des Ventilsitzes bzw. der Dichtfläche 1 angeordnet ist, beispielsweise weil
die Achse des Führungszapfens 6 gegenüber der Achse des Ventilsitzes geneigt oder
versetzt ist. Entsprechendes gilt auch, wenn der Führungszapfen 6 keinen exakt kreisförmigen
Querschnitt aufweist.
-
Wie der Fig. 1 unmittelbar zu entnehmen ist, ermöglicht die sphärische
Dichtfläche 2 der Kopfteiles 3 auch bei Schieflagen des Ventilkörpers 4 - d.h. wenn
dessen Achse zur Achse des Ventilsitzes geneigt ist - eine einwandfreie Abdichtung,
weil die Dichtfläche 2 in jedem Falle längs einer Kreislinie (bzw. bei Berücksichtigung
der Materialelastizität längs eines kreisringförmigen Streifens) auf der Dichtfläche
1 des Sitzes aufliegen kann.
-
Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist gegenüber der Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform lediglich dadurch abgewandelt, daß die Dichtfläche 1 des Sitzes
einen ringförmigen Ausschnitt einer Torusmantelfläche bildet, wobei im dargestellten
Beispiel ein Torus mit kreisförmigem Querschnitt angenommen wird. Grundsätzlich
ist jedoch auch ein anderer Querschnitt, beispielsweise Ellipsenquerschnitt, möglich.
-
Darüber hinaus kann die Dichtfläche 1 im Querschnitt des Ventilsitzes
auch eine Hyperbel oder eine andere gleichförmig gekrümmte Linie bilden.
-
Im Beispiel der Fig. 2 liegt die Dichtfläche 2 des Ventilkörpers 4
in dessen Schließlage - unabhängig davon, ob der Ventilkörper 4, wie dargestellt,
mit seiner Achse schräg zur Achse des Sitzes ausgerichtet ist oder nicht - längs
einer Kreislinie auf der Dichtfläche 1 des Ventilsitzes auf. Dabei liegt die Kreislinie
auf einer die Berührungszone zwischen den Dichtflächen 1 und 2 tangential zu denselben
durchsetzenden Kegelmantelfläche, welche sich mit Winkel > trichterförmig erweitert.
-
Im übrigen gelten die Ausführungen zu Fig. 1 sinngemäß zu Fig. 2.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Dichtfläche 1 des Sitzes
konvex als ringförmiger Ausschnitt einer Kugelmantelfläche ausgebildet, während
die Dichtfläche 2 des Kopfteiles 3 des Ventilkörpers 4 einen ringförmigen Ausschnitt
einer Torusmantelfläche darstellt. Auch hier können die Dichtflächen 1 und 2 unabhängig
von der möglichen Verwinkelung der Achsen des Ventilsitzes und des Ventilkörpers
4 gegeneinander längs einer geschlossenen Kreis linie exakt aufeinanderliegen, welche
ihrerseits auf einer Kegelmantelfläche liegt, die die Berührungszone zwischen den
Dichtflächen 1 und 2 tangential zu denselben durchsetzt. Im Falle der Fig. 3 ist
der zur Kegelmantelfläche zugehörige Kegel mit öffnungswinkel oc gleichachsig zur
Achse des Ventilkörpers 4 (bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist der
entsprechende Kegel gleichachsig zur Achse des Sitzes ausgerichtet).
-
Im übrigen gelten die Ausführungen zu den vorangehenden Figuren sinngemäß.
-
Die Fig. 4 und 5 zeigen nun in konstruktiverer Form zwei Axialschnitte
von Ausführungsformen, bei denen die Dichtflächen 1 und 2 von Ventilsitz und Ventilkörper
4 in prinzipiell gleicher Weise wie in Fig. 2 ausgebildet sind.
-
Nach Fig. 4 ist ein im wesentlichen rohrförmiges Ventilgehäuse 7 vorgesehen,
welches sich zu den an seinen Stirnenden angeordneten Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen
hin trichterförmig etwas verjüngt. An die Einlaßöffnung anschließend ist innerhalb
des Gehäuses 7 ein rohrförmiger Ventilsitzkörper 8 mit der Dichtfläche 1 angeordnet.
Der zur Führung des zylindrischen Fortsatz es 5 des Ventilkörpers 4 dienende Führungszapfen
6 ist mittels - in Achsansicht des Ventiles gesehen - sternförmig angeordneter Stege
9 im Gehäuse 7 gehaltert.
-
Die Ausführungsform nach Fig. 5 weicht von derjenigen nach Fig. 4
lediglich darin ab, daß der zylindrische Fortsatz 5 des Ventilkörpers 4 in einem
Zylinderteil 10 teleskopartig geführt ist, welches wiederum mittels der Stege 9
im Gehäuse 7 gehaltert ist.
-
Nachfolgend wird die Stabilität der Schließlage eines Ventiles gemäß
Fig. 5 gegenüber Störkräften abgeschätzt.
-
Um die Abschätzung zu vereinfachen, bleibt dabei die Reibung unberücksichtigt.
Unter Störkraft wird in diesem Zusammenhang eine Kraft quer zur Achse des Ventilkörpers
4 verstanden. Dabei soll nun abgeschätzt werden, welche Größe diese Kraft maximal
haben darf, damit der Ventilkörper 4 noch in die Schließstellung gelangen kann.
Es sei zunächst angenommen, daß die Störkraft durch Erschütterungen od.dgl. hervorgerufen
wird. In diesem Falle kann die Störkraft als eine im Schwerpunkt des Ventilkörpers
4 quer zu dessen Achse angreifende Kraft dargestellt werden.
-
Zweckmäßierweise wird nicht die absolute Größe der maximal zulässigen
Störkraft abgeschätzt, sondern vielmehr das Größenverhältnis zwischen der maximal
zulässigen Störkraft und einer den Ventilkörper 4 in Schließrichtung beaufschlagenden
tZückstellkraft, welche beispielsweise durch eine in Fig. 5 nicht dargestellte Feder
erzeugt werden kann, die zwischen dem in der Fig. 5 rechten Ende des Fortsatzes
5 und dem zugewandten Boden des Zylinderteiles 10 eingespannt sein kann.
-
Auf den Ventilkörper 4 der Fig. 5 wirken also die Rückstellkraft FR
sowie die dazu senkrechte Störkraft Fs.
-
Beide Kräfte können als im Schwerpunkt S des Ventilkörpers 4 angreifend
angesehen werden. Aufgrund der Störkraft F5 tritt zwischen den Dichtflächen 1 und
2 eine in der von den Kräften FR und F5 aufgespannten Ebene liegende Abstützkraft
FA auf, die an der Berührungszone zwischen den Dichtflächen 1 und 2 senkrecht zu
den genannten Flächen ausgerichtet ist. Im dargestellten Beispiel verläuft die Richtung
der Kraft FA auf der vom Ventilsitz abgewandten Seite des Schwerpunktes S an demselben
vorbeil Dementsprechend suchen die Rückstellkraft FR und die Störkraft FS den Ventilkörper
4 in Fig. 5 entgegen dem Uhrzeigersinn zu verdrehen. Eine solche Drehung wird allerdings
durch eine zwischen dem Fortsatz 5 und dem Zylinderteil 10 auftretende weitere Abstützkraft
FB verhindert, die in der Ebene der vorgenannten Kräfte senkrecht zur Achse des
Ventilkörpers 4 ausgerichtet ist. Im dargestellten Beispiel sei angenommen, daß
der Fortsatz 5 im Bereich des Stirnendes des Zylinderteiles 10 an dessen Innenseite
anliegt, so daß die Abstützkraft FB im Bereich dieses Stirnendes wirkt. Die genannten
Kräfte müssen gemäß Fig. 6 einen geschlossenen Linienzug bilden, solange die Störkraft
FS nicht den maximal zulässigen Wert überschritten hat, d.h. solange der Ventilkörper
4
seine Schließlage noch erreichen kann. Die Figur 6 zeigt nun
den von den vorgenannten Kräften gebildeten Linienzug im Falle der maximal tolerierbaren
Störkraft F5.
-
Aufgrund der relativ großen Länge des Fortsatz es 5 muß die Abstützkraft
FB deutlich geringer sein als die Abstützkraft FA Da nun aber die Abstützkraft FA
eine erhebliche Komponente besitzt, die entgegen der Störkraft FS gerichtet und
durch die Abstützkraft FB nur geringfügig vermindert wird, kann die Störkraft FS
relativ große Werte im Vergleich zur Rückstellkraft FR annehmen, wie es in Fig.
6 dargestellt ist.
-
Fig. 7 zeigt nun ein Diagramm, bei dem das Verhältnis der Beträge
von F5 (Störkraft) und FR (Rückstellkraft) in Abhängigkeit von der Länge x des Fortsatzes
5 aufgetragen ist, wobei angenommen wird, daß das Maß der Uberlappung von Fortsatz
5 und Zylinderteil 10 in Schließlage des Ventilkörpers 4 in allen Fällen gleich
sein soll, d.h. mit zunehmender Länge des Fortsatzes 5 würde der überlappungsbereich
zwischen dem Zylinderteil und dem Fortsatz 5 in Fig. 5 nach rechts verschoben.
-
Mit zunehmender Länge x des Fortsatzes 5 verlagert sich notwendigerweise
der Schwerpunkt S in Fig. 5 nach rechts, so daß die Richtung der Abstützkraft FA
bei entsprechender Länge des Fortsatzes 5 zwischen dem Schwerpunkt S und dem Ventilsitz
hindurchgeht. Da die Störkraft FS am Schwerpunkt S angreift, suchen die Rückstellkraft
FR und die Störkraft F5 bei der zuletztgenannten Lage des Schwerpunktes S den Ventilkörper
4 im Uhrzeigersinne zu drehen, was jedoch wiederum durch das Zusammenwirken von
Fortsatz 5 und Zylinderteil 10 verhindert wird, beispielsweise, indem der Fortsatz
5 mit seinem Ende am Zylinderteil 10 anliegt, wobei eine Abstützkraft Fb auftritt.
-
Die Kurve K in Fig. 7 gibt nun die Abhängigkeit des Verhältnisses
der Beträge der Kräfte F5 und FR von der Länge x des Fortsatzes 5 beispielhaft wieder.
Dabei bezieht sich der Kurvenabschnitt K1 auf den Fall, daß der Schwerpunkt S gemäß
Fig. 5 eine Lage hat, bei der die Kraft FA auf der vom Ventilsitz abgewandten Seite
des Schwerpunktes S an demselben vorbeigerichtet ist.
-
Der Abschnitt K2 bezieht sich auf den Fall, daß der Schwerpunkt S
eine Lage einnimmt, bei dem die Abstützkraft FA eine zwischen dem Schwerpunkt S
und dem Ventilsitz hindurchgehende Richtung hat. Im Ubergangspunkt zwischen den
Abschnitten K1 und K2 ist die Abstützkraft FA in Richtung des Schwerpunktes S ausgerichtet.
-
Man erkennt, daß das Verhältnis der Beträge der Kräfte FS und FR,
welches die Stabilität der Schließlage wiedergibt, mit zunehmender Länge des Fortsatzes
5 mehr dder weniger stark ansteigt, jedenfalls im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen
nicht wesentlich absinkt.
-
Somit ist es erfindungsgemäß möglich, daß einerseits große Störkräfte
toleriert werden können und andererseits durch entsprechende Länge des Fortsatzes
5 Flatterschwingungen des Kopfteiles 3 stark vermindert werden.
-
Die dargestellte Abschätzung gilt in prinzipell gleicher Weise, wenn
anstelle von Störkräften, die durch Erschütterungen od.dgl. bewirkt werden und dementsprechend
im Schwerpunkt des Ventilkörpers 4 angreifen, solche Störkräfte betrachtet werden,
die von der Strömung des Fluides erzeugt werden. Diese Störkräfte können in der
Regel als eine senkrecht zur Achse des Ventilkörpers 4 ausgerichtete Kraft dargestellt
werden, wobei der auf der Ventilkörperachse liegende Kraftangriffspunkt nicht mit
dem Schwerpunkt
übereinstimmen muß. Die Lage des Kraftangriffspunktes
wird vielmehr durch die Form des Ventilkörpers 4 und insbesondere durch die Form
des Kopfteiles 3 bestimmt.
-
Im Ergebnis gelten jedoch ähnliche Verhältnisse, wie sie in Fig. 7
dargestellt sind.
-
Anhand der Fig. 7 wurde ein besonders ungünstiger Fall erörtert. In
der Praxis sind die Verhältnisse noch günstiger.