DE3820929A1 - Ventilplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilplatte mit Ein- und Auslaßventilen insbesondere für kleine Kolbenpumpen, wie z.B. kleine Luftkompressoren für medizinische Zwecke.

Bei hin- und hergehenden Kolbenkompressoren mit niedrigem Druck und geringer Kapazität ist eine Ventilplatte mit Einlaß- und Auslaß- Öffnungen zwischen dem Zylinder und dem Zylinderkopf eingespannt. Auf den Seiten der Ventilplatte sind Ventilblätter oder Zungen angenietet oder anderweitig befestigt, welche Absperrventile oder Rückschlagventile bilden, die einen Luftstrom durch die Einlaßöffnung in den Zylinder während des Ansaughubes des Kolbens erlauben und eine Strömung durch die Auslaßöffnung während des Kompressionshubes.

Bei der Herstellung solcher Kompressoren mit Blattventilen entstehen häufig Probleme. Die bisherigen Ventilplatten sind relativ teuer in der Herstellung und neigen zur Leckage, wodurch der Ausstoß des Kompressors reduziert wird. Die aus Metall bestehenden Ventilblätter sind Biegungen ausgesetzt während der Handhabung. Es ist daher not­ wendig, jeden Kompressor nach dem Zusammenbau zu prüfen und es ist oft erforderlich, ihn teilweise wieder auseinanderzunehmen, um fehler­ hafte Ventilplatten auszutauschen. Auch werden die Ventilblätter während des normalen Gebrauchs gebogen und sie neigen zur Geräusch­ entwicklung während des Betriebes.

Die bisherigen Ventilplatten haben flache elastische Elemente, die über den Öffnungen angeordnet sind. Kreisförmige oder parabolische Klappen sind in die elastischen Elemente geschnitten, um Ventile zu bilden, die an dem Element durch elastische Gelenke angebracht sind. Die Ventile decken die Öffnungen ab. Diese Ausführungen vermeiden einige der Probleme bei Blattventilen. Das Schließen der Ventilklappen ist jedoch begrenzt durch die begrenzte Kraft, die durch das elastische Gelenk ausgeübt wird. Es sind ferner weitere Komponenten, wie z.B. eine zweite stabile Platte erforderlich, um Einlaß- und Auslaßventile zu bilden.

Die Erfindung befaßt sich somit mit einer verbesserten Ventilplatte zur Verwendung bei kleinen hin- und hergehenden Kolbenpumpen, wie z.B. Luftkompressoren niedriger Kapazität. Es ist eine Ventilplatte vorgesehen mit Öffnungen, welche Einlaß- und Auslaßöffnungen bilden. Eine Ventilform (valve molding) aus Gummi ist um den Rand der Ventilplatte gelegt, um eine Dichtung zwischen der Ventilplatte und einem Zylinderkopf zu bilden. Das Formstück hat eine integrale erste Klappe, welche die Einlaßöffnung nur auf der Zylinderseite der Ventilplatte überdeckt, um ein Einlaßventil zu bilden, und es hat eine zweite integrale Klappe, welche die Auslaßöffnung nur auf der Zylinderseite der Ventilplatte überdeckt, um ein Auslaßventil zu bilden. Die Ventile können z.B. Rückschlagventile sein. Wegen der natürlichen Elastizität des Gummis des Ventil-Formstückes sind die Ventile normalerweise geschlossen, sie öffnen sich jedoch bei einem geringen Druckabfall. Durch Eliminierung des Metall-Metall-Kontaktes der bisherigen Ventilblätter, wird der Geräuschpegel des Kompressors beträchtlich reduziert. Das Ventil-Formstück aus Gummi ersetzt sowohl die Ventilblätter als auch eine separate Gummidichtung, die normaler­ weise verwendet wird, um die Einlaß/Auslaß-Kammern im Zylinderkopf benachbart zur Ventilplatte abzudichten. Die erforderliche Arbeit für den Zusammenbau der Ventilplatte wird stark reduziert durch die Reduzierung der Anzahl der Teile und infolge des einfacheren Zusammen­ baus. Auch die Leistungsfähigkeit oder der Wirkungsgrad des Kompressors wird verbessert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilplatte insbesondere für kleine hin- und hergehende Kolbenpumpen zu schaffen, insbesondere für kleine Luftkompressoren.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 perspektivisch eine Ventilplatte für eine kleine Kolbenpumpe nach dem Stand der Technik zeigt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt einen Luftkompressor mit hin- und hergehendem Kolben mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf, einem Kolben und einer Ventilplatte nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht von unten auf ein Ventil-Formstück aus Gummi für die erfindungsgemäße Ventilplatte.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt im Schnitt den Kompressor nach Fig. 2, wobei der Kolben sich nach unten bewegt und das Einlaßventil öffnet.

Fig. 7 zeigt im Schnitt den Kompressor nach Fig. 1, wobei der Kolben sich nach oben bewegt und das Auslaßventil öffnet.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Ventilplatte 10 nach dem Stand der Technik, wie sie für kleine hin- und hergehende Kolbenkompressoren verwendet werden. Die Ventilplatte 10 wird auf einem Zylinderkopf oberhalb des Kolbens befestigt. Die Ventilplatte 10 hat eine flache kreisförmige Metallplatte 11, die eine Einlaßöffnung 12 und eine Auslaßöffnung 13 aufweist. Ein flaches metallisches Ventilblatt 14 ist an einer Boden­ fläche 15 der Platte 11 mit einer Niete oder einer Schraube 16 befestigt und so angeordnet, daß die Einlaßöffnung 12 überdeckt wird. Ein zweites flaches metallisches Ventilblatt 17 ist an der oberen Fläche 18 der Platte 11 mittels einer Niete oder einer Schraube 19 befestigt, um die Auslaßöffnung 13 zu überdecken.

Die Ventilplatte 10 ist an dem Zylinderkopf eines Kompressors (nicht gezeigt) mittels einer nicht gezeigten Schraube befestigt, die durch eine zentrale Ausnehmung 20 in der Platte 11 hindurchgeführt ist. Eine flache Dichtung 21 ist auf der oberen Fläche 18 angeordnet, um die Platte 11 gegen den Zylinder­ kopf abzudichten. Die Dichtung 21 hat einen diagonalen Steg 22, der auch den Zylinderkopf abdichtet, um eine Einlaßkammer im Zylinderkopf oberhalb der Einlaßöffnung gegen eine Auslaßkammer im Zylinder­ kopf oberhalb der Auslaßöffnung 13 abzudichten. Die Platte 11 und die Dichtung 21 haben ferner Nuten 23 und 24, um die Dichtung 21 richtig auf der Platte 11 anzuordnen und um die ganze Einheit 10 relativ zum Zylinderkopf zu positionieren.

Im Betrieb wird das Ventilblatt oder die Zunge 14 abgebogen, so daß Luft durch die Einlaßöffnung 12 in den Zylinder während des Ansaughubes des Kolbens einströmen kann. Wenn die Kolbenbewegung endigt, schließt das Ventilblatt 14 infolge seiner Elastizität die Öffnung 12 wieder. Während des Kompressionshubes wird durch den Luftdruck im Zylinder das Ventilblatt 17 abgebogen, so daß komprimierte Luft durch die Aus­ laßöffnung 13 strömen kann. Am Ende des Kompressionshubes bewegt sich das Ventilblatt 17 wieder zurück in seine normale Position und schließt die Öffnung 13. Jedesmal wenn eines der Ventilblätter 14 und 17 schließt, entsteht durch den metallischen Kontakt ein Geräusch. Die metallischen Ventilblätter 14 und 17 ermüden bei häufigem Gebrauch und dichten nicht mehr gut gegen die Ventilplatte 11 ab, wodurch der Wirkungsgrad des Kompressors verringert wird.

Die Fig. 2-5 zeigen eine Ventilplatte 25 nach der Erfindung.

In Fig. 2 ist ein Teil eines Kompressors 26 gezeigt, der mit einer Ventil­ platte 25 ausgerüstet ist. Der dargestellte Teil des Kompressors 26 umfaßt einen Zylinder 27, einen Zylinderkopf 28 und einen hin- und her­ gehenden Kolben 29. Die Ventilplatte 25 umfaßt eine kreisförmige Platte 30, mit einer Einlaßöffnung 31 und einer Auslaßöffnung 32. Ein Ventilformstück 33 aus Gummi oder einem entsprechenden geeigneten elastischen Material ist teilweise um einen Außenrand 34 der Platte 30 gelegt und erstreckt sich um den Umfang einer oberen Fläche 35 der Platte 30. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, hat das Formstück 33 einen Steg 36, der sich über einen Durchmesser des Formstückes 30 erstreckt.

Die Ventilplatteneinheit 25 ist am Zylinderkopf 28 mit Hilfe einer Schraube 37 befestigt, die durch eine zentrale Öffnung 38 in der Ventilplatte 30 sich erstreckt. Wenn die Ventilplatteneinheit 30 am Zylinderkopf 28 angebracht ist, bildet das Formstück 33 eine Dichtung zwischen der Platte 30 und dem Zylinderkopf 28, um eine Einlaßkammer 39, eine Auslaßkammer 40 und eine Kompressionskammer 41 unterhalb der Platte 30 zu trennen.

Die Platte 30 benötigt keine Ventilblätter 14 und 17 und damit auch keine Bohrungen zur Befestigung dieser Teile. Mit dem Wegfall der Ventilblätter kann daher die Platte 30 aus einem billigeren Material, wie z.B. einem Kunststoff gefertigt werden.

Die Fig. 3-5 zeigen Einzelheiten des Formstückes 33. Das Formstück 33 hat eine im wesentlichen ebene obere Fläche 42, die mit der oberen Fläche 35 der Platte 30 in Eingriff steht bzw. auf dieser aufliegt ferner einen zylindrischen äußeren Rand 43, der in Eingriff mit dem Plattenrand 34 steht bzw. an diesem anliegt, sowie eine ebene untere Fläche 44, welche in Eingriff mit der unteren Fläche 45 der Platte 30 steht bzw. an dieser anliegt (Fig. 2). In der oberen Fläche 42 ist eine halbkreisförmige Öffnung 46 ausgebildet zwischen dem zentralen Steg 36 und einem ringförmigen Abschnitt 47, der an den äußeren Rand 43 angrenzt. Eine zweite Öffnung 48 auf der gegenüberliegenden Seite des Steges 36 erstreckt sich bis zu einer Auslaßventilklappe 49. Der Steg 36 hat eine zentrale Öffnung 50, durch welche die Schraube 37 hindurchge­ führt ist. Eine Einstell-Nut 51 ist im äußeren Rand 43 ausgebildet angrenzend an ein Ende des Steges 36 zum Eingriff mit einer ent­ sprechenden Einstell-Nut (nicht gezeigt) der Platte 30. An der unteren Fläche 44 des Formstückes 33 erstreckt sich eine halbkreisförmige Einlaßventilklappe 52 vom äußeren Rand 43 gegenüber einem Teil der Öffnung 36 zum Eingriff mit der unteren Plattenfläche 45. Wenn das Formstück 33 auf die Ventilplatte 30 aufgesetzt ist, überdeckt die Einlaßventilklappe 52 die Einlaßöffnung 31 und die Auslaßventilklappe 49 überdeckt die Auslaßöffnung 32, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Aus der Zeichnung erkennt man, daß beide Ventilklappen 49 und 52 halbkreis­ förmig ausgebildet und längs ihres gekrümmten Randes gehalten sind. Wenn daher eine Ventilklappe öffnet, wird das elastische Material, aus der die Klappe besteht, gedehnt und gespannt. Die Spannung in der Ventilklappe steigert die Schließkraft des Ventils beträchtlich über diejenige bei bisherigen Ventilen dieser Art. Die Gestalt der Ventilklappen und die Spannung, die die Klappen zu schließen sucht, ermöglicht die Verwendung größerer Ventilöffnungen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der Pumpen und sie ermöglicht auch die Ver­ wendung nicht-kreisförmiger Ventilöffnungen, wie z.B. halbkreisförmige Gestalt.

Die Betriebsweise des Kompressors 26 ist in den Fig. 6 und 7 darge­ stellt. In Fig. 6 bewegt sich der Kolben 29 abwärts weg von der Ventilplatte 25 auf einem Einlaßhub. Durch die Saugwirkung im Zylinder 41 wird die Einlaßventilklappe 52 veranlaßt, sich weg von der Ventilplattenfläche 45 zu bewegen und Luft wird aus der Einlaßkammer 39 durch die Einlaßöffnung 31 in den Zylinder 41 an­ gesaugt. Vorzugsweise ist das Formstück 33 aus einem elastischen Gummimaterial geformt und es entsteht kaum ein Druckabfall beim Ansaugen der Luft, vorbei an der Einlaßventilklappe 52. Während des Einlaßhubes halten die Druckluft in der Auslaßkammer 40 und die Elastizität der Ventilklappe 49 eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Auslaßventilklappe 49 und der oberen Fläche 35 der Platte 30 auf­ recht, wodurch eine Leckage durch die Auslaßöffnung 32 verhindert wird. Am Ende des Einlaßhubes wird die Ventilklappe 52 gegen die untere Plattenfläche 45 angedrückt, wodurch wiederum die Einlaß­ öffnung 31 abgedeckt wird.

Während des Kompressionshubes des Kolbens 29, wie in Fig. 7 dargestellt, wird durch die Druckluft im Zylinder 41 die Auslaßventilklappe 49 von der oberen Plattenfläche 35 abgehoben und Druckluft strömt aus der Kammer 41 durch die Auslaßöffnung 32 in die Auslaßkammer 40. Während des Kompressions­ hubes halten der Luftdruck und die Elastizität der Ventilklappe 52 eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Einlaßventilklappe 52 und der unteren Plattenfläche 45 aufrecht, wodurch eine Leckage durch die Einlaßöffnung 31 verhindert wird.

Die Ventilplatteneinheit 25 hat Vorteile gegenüber der bekannten Ventil­ platte 10. Die Herstellungskosten sind beträchtlich reduziert, da weniger Teile und weniger Montageschritte erforderlich sind. Die Platte 30 kann aus billigeren Materialien als die Platte 11 hergestellt werden.

Der Betriebslärm wird beträchtlich reduziert, da der metallische Kontakt zwischen den Ventilblättern 14 und 17 und der Platte 11 ersetzt wird durch einen Gummi/Metall-Kontakt zwischen den Ventil­ klappen 49 und 52 und der Platte 30. Die bisherigen Ventilblätter 14 und 17 neigen zur Leckage, während diese Probleme, wie Unter­ suchungen gezeigt haben, bei dem Ventilformstück 33 nicht auf­ treten. Hierdurch wird auch die Leistungsfähigkeit des Kompressors verbessert.

Die Ventilplatteneinheit 25 wurde in Verbindung mit einem Kompressor beschrieben, sie ist jedoch in gleicher Weise auch für andere Arten von Fluidpumpen verwendbar, z.B. Saugpumpen oder Vakuumpumpen.

Claims (5)

1. Ventilplatte, insbesondere für eine kleine Fluidpumpe, mit einer allgemein flachen Platte mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche und einem Rand zwischen den Oberflächen, ferner mit einer ersten und einer zweiten Ventilöffnung zwischen den Oberflächen, gekennzeichnet durch ein elastisches Ventilformstück (33) mit einem Außenrand, der den Rand der Platte umgibt, einer ersten Ventilklappe, die sich von dem Außenrand aus längs eines Teiles der ersten Oberfläche er­ streckt und die erste Ventilöffnung überdeckt, sowie einer zweiten Ventilklappe, die sich von dem Außenrand längs eines Teils der zweiten Oberfläche aus erstreckt und die zweite Ventilöffnung überdeckt.

2. Ventilplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte allgemein kreisförmig ist und daß die beiden Ventil­ klappen halbkreisförmig ausgebildet sind.

3. Ventilplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Ventilklappen unter Spannung gesetzt wird, wenn sie von der angrenzenden Plattenoberfläche abge­ hoben wird, um ein Fluid durch die zugehörige Ventilöffnung hindurchzulassen.

4. Ventilplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilformstück (33) eine ringförmige Dichtfläche aufweist, die sich von dem äußeren Rand aus um den Umfang der ersten Plattenfläche erstreckt.

5. Ventilplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein integraler Steg diametral über das Ventilformstück (33) verläuft, wodurch, wenn die Ventilplatte in die Pumpe eingebaut ist, der Steg eine Dichtung bildet, welche Ventilkammern angrenzend an die erste Plattenseite abtrennt, die separat mit der ersten und der zweiten Ventil- Öffnung verbindbar sind.