DE412139C - Ventil - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 20. APRIL 1925

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 4J 2139-KLASSE 47g* GRUPPE 43

(L₅₇₃₉I XIII₄₇₈-)

Chester W. Larner in Philadelphia, V. St. A.

Ventil.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Februar 1923 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom z. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom 25. Februar 1922 beansprucht.

Es sind bereits Ventile für Druckleitungsmittel mit einem Gehäuse bekannt, in welchem ein innerer,, an einem Ende geschlossener Zylinder und innerhalb desselben ein KoI-ben mit zugespitztem Kopf vorgesehen sind, welch letzterer sich! gegen einen eingeengten »Teil des Gehäuses anlegen kann, wobei in den Zylinder das Druekleitungsmittel eingeführt wird. Bei der Wirkungsweise derartiger Ventile kommen oft Druckänderungen in dem Kanal für das Druclkleitungsmittel während der Ventilbewegung vor, welche Änderungen insbesondere bei Ventilen für Dampf und andere elastische Leitungs- -^: mittel rasche, unvermittelte Schwingungen dea Ventils verursachen, welche die richtige Arbeitsweise desselben verhindern und sich als" sogenanntes Hämmern beimerikbar machen. Der Zweck vorliegender Erfindung ist, diese Nachteile zu verhindern, und zwar dadurch,

daß der Arbeitskammer des Ventilkolbens eine besondere, nach außen, d.h. mit dem Leitungsmittelkanal, durch eine konzentrische Reihe von Öffnungen dauernd in Verbindung stehende und mit dem Zylinderinnern durch eine von einem Leitventil gesteuerte Öffnung zeitweise abschließbare Vorkammer vorgelagert ist.

In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in Längsschnitten dargestellt.

Mit Bezug auf die Abb. ι wird von dem Außengehäuse A ein innerer Zylinder B mittels der Rippen io getragen, so daß ein ringförmiger Kanal C zwischen den beiden gebildet ist, wobei in dem Zylinder B sich der Ventilkolben 11 bewegen kann, welcher mit einer kegelförmigen Spitze oder Kopf 12 versehen ist, der sielt gegen den ringförmigen Sitz 13 anlegen kann, welcher einen Teil des angelenkten Endteiles des Gehäuses A bildet. Die Strömung erfolgt in normaler Weise in Richtung des eingezeichneten Pfeiles, wobei der Druck für die Schließibewegung des Kolbens 11 zu dem Raum innerhalb des Zylinders und des Kolbens aus dem Kanal für das Leitungsmittel durch die Öffnung 14 oder den freien Spielraum rund um den Kolben hinzutritt, wobei diese beiden Wege in ihrer Größe beschränkt sind, so daß der innere Druck unterhalb des Leitungsdruckes erniedrigt werden kann, wodurch öffnende Bewegungen des Kolbens durch den Druck und die Reaktion des Leitungsmittels gegen die äußere Endfläche des Kolbens ermöglicht werden. Um diese Verminderung des inneren Druckes zu bewirken, ist eine Austrittverbindung von dem _; inneren Raum zu einer Stelle des niedrigen _: Druckes vorgesehen, und diese Verbindung ist einstellbar, so daß die Steuerung des Ventils ermöglicht ist, indem man den Druck schneller zum Austritt bringt, als derselbe durch die Öffnungen 14 hinzutritt, oder indem man sich in dem Innern des Kolbens einen gewünschten Druck entwickeln läßt, um ihn auszugleichen oder in anderer Richtung zu bewegen. Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 1 ist diese Verbindung für Niederdruck durch die Öffnung 15 der Wandung 16 sowie durch die Kammer 17 und eine Reihe von Öffnungen 18 vorgesehen, welch letztere in der Nähe des Ventilsitzringes ver- ' laufen. Diese Verbindung kann in ihrer Größe durch die Steuerung der Öffnung 15 regelbar gemacht werden, welche durch das Leitventil i auf der Stange 21 mehr oder weniger gedrosselt werden kann. Die Stange 21 gleitet im Lager 22 und wird durch die Zahnstange 23 mittels des Zahnrades 24 bewegt, dessen Welle 25 sich nach außen erstreckt und in geeigneter Weise, z. B. mittels eines Handrades, betätigt werden kann.

Der dem Innern des Kolbens zugaführte Druck ist im wesentlichen konstant und wechseit lediglich mit dem Leitungsdruck im all-. gemeinen. Der austretende Druck indes tritt in die Leitung unterhalb des Ventilsitzes aus, und dieser Teil der Leitung ist Druckänderungen unterworfen, welche insbesondere bei der anfänglichen Öffnungsbewegung des Ventilkolbens und wenn dieser Teil der Leitung nicht vollständig gefüllt ist, einen bedeutenden Umfang annehmen können. Um zu verhindern, daß die ganze Kraft dieser Druckänderungen an der Fortpflanzung in die innere Kammer 5 des Ventilkolbens gehindert wird, sind die Öffnungen 18 des Austrittsweges auf der diagonalen Fläche des Kolbens und in einer Richtung angeordnet, welche normal zu der Stromrichtung verläuft. Angenommen, daß ein Druckleitungsmittel (Wasser oder Gas) durch das Ventil in der Richtung des Pfeiles hindurchfließt, so gestatten die Öffnungen 18 eine freie Verbindung zwischen der Kammer 17 und dem Hauptkanal C. Wenn das Leitventil 20 sich in der weitgeöffrneten Lage, wie gezeichnet;, befindet, so ist der Druck in der inneren Kammer 5 im wesentlichen der gleiche wie in der Kammer 17. Der durch die Öffnung ί4 zugeführte Druck übermittelt sich durch die Kammer 5, die Öffnung 15, die Kammer 17 und die Öffnungen 18.

Beim Schließen des Ventils schließt das Leitventil 20 die Öffnung 15, wodurch in der Kammer 5 Druck aufgespeichert wird, so daß der Kolben sich in die geschlossene Lage dadurch bewegt, daß der aufgespeicherte innere Druck größer ist als der verminderte Druck an der Kolbenspitze. Bei der Verwendung des Kolbens zum Drosseln und selbst bei dem gewöhnlichen Öffnen und Schließen treten plötzliche Druckänderungen an der Kolbenspitze auf, welche durch; die jähe Formänderung der Strömung beim Verlassen des Kolbens verursacht werden. Wenn die Öffnung, wie bisher gebräuchlich war, an der Kolbenspitze liegt und in der achsialen Stromrichtung gerichtet ist, so ist sie den plötzlichen Änderungen, welche an der Kolbenspitze auftreten, in starkem . Maße unterworfen und überträgt diese plötzlichen Änderungen ebenfalls auf die Arbeitskammer. Sind dagegen die Öffnungen, wie gemäß* Erfindung, abseits von der Kolbenspitza und nicht in der Stromrichtung, sondern quer oder normal .dazu gerichtet, so sind die plötzlichen Druckänderungen in der Arbeitskammer in ihrer Größe nicht wesentlich und können sogar gänzlich beseitigt werden.

l)ie Öffnungen 18 wirken ähnlich wie bei

Wassermessern (Piezometer). Die Lage derselben braucht nicht auf die dargestellte beschränkt zu sein, indem dieselben auch, näher an die Kolbenspitze herangeführt sein könnten.

Im Fall eines Gases müssen die Öffnungen 18 in solcher Lage angeordnet sein, in welcher sie so wenig wie möglich; Druckänderungen unterworfen sind, da der Druck in der ίο Kammer 5 nicht derart augenblicklich geändert werden kann, um dem plötzlichen Wechsel an den Öffnungen 18 zu entsprechen. Die relative Lage des Leitventils 20 und der Öffnung 1-5 hält normalerweise den richtigen Ausgleich des Druckes auf den beiden Seiten des Kolbens aufrecht. Im Fall einer Flüssigkeit wird eine plötzliche Druckänderung an der Außenseite des Kolbens sofort einen gleichen plötzlichen Druckwechsel in der Kammer 5 bewirken, weil eine Flüssigkeit praktisch nicht zusammendrückbar ist. Bei einem Gas indes kann der Druck in der Kammer S nicht dementsprechend unverzüglich sich der Änderung anpassen, da die kompressible Beschaffenheit der Gase eine gewisse Zeit erfordert, um den Druck in einem geschlossenen Volumen, wie die Kammer 5, zu ändern. Somit ist die Anordnung der Öffnungen 18 in einer Lage, wo· plötzliche Anderungen nicht vorherrschend vorkommen, besonders bei Gasen erforderlich.

Mit Bezug auf die Ausführungsform gemäß Abb. 2 ist ein gewisses freies Spiel in der Wirkung des Leitventils in bezug auf den KoI-ben vorgesehen. Der zylindrische Fortsatz 26 des Leitventils 27 ist von nur wenig geringerem Durchmesser als die Öffnung 15, so daß derselbe durch die Öffnung 15 gleitend hindurchgeht und die Öffnung 15 schließt, bevor die Schulter 28 des Ventil· körpers den entsprechenden Sitz 29 berührt. Dadurch ist es dem Kolben möglich, sich zu bewegen bzw. Schwingungen auszuführen, ohne das Leitventil zu beeinflussen. Diese freie Beweglichkeit ist im Fall plötzlicher Druckänderungen an der Kolbenspitze von Wichtigkeit. An dem vorderen Ende des Zylinders B ist eine besondere Kappe B¹ vorgesehen, um die zusätzliche Länge der Zahnstange 23¹ aufzunehmen. Wenn bei Gasen die Druckänderungen an der Kolbenspitze milde sind, so wird der zylindrische Teil 26 des Leitventils 27 nicht dur h die Öffnung 15 hindurchgehen, sondern die Verbindung durch die Öffnung 15 schließen, sobald der Endteil des Leitventils über den Sitz 29 gegangen ist. Somit wird die Beweglichkeit des , Kolbens in geschlossener Lage die gleiche sein wie gemäß Abb. i'. Angenommen, daß eine plötzliche Drucks.teigerung gegen die Spitze 12 des Kolbens 11 eintritt, wird die- , selbe das Bestreben haben, den Kolben zu öffnen, so daß die Öffnung 15 durch das Leitventil geschlossen werden wird. Es beginnt sofort eine Druckansammlung in der Kammer 5 durch die Öffnung 14, und im Falle eines Gases wird der Kolben 11 seine öffnende Bewegung fortsetzen, bis der Druck in der Kammer 5 genügend ist, um dieser Bewegung entgegenzuwirken. Der Abstand ρ η ο des Leitventils gestattet diese zusätzliche Bewegung des Kolbens, während in der Kammer 5 der Druck aufgespeichert wird. Eine plötzliche Verminderung des Druckes gegen die Kolbenspitze bewirkt eine Schließbewegung infolgedessen, daß eine bestimmte Zeit erforderlich ist, um den Druck in der Kammer 5 zu senken, was: durch die Öffnungen 15 und 18 erfolgt. Der Abstand t des^! Hubes des Leitventils, ist wesentlich größer als erforderlich ist, um freie Verbindung durch die Öffnung 15 zu gestatten, und somit kann sich der Kolben gegen die geschlossene Lage bewegen, weil die übermäßige Länge des Hubes t ein früheres Anlegen der Schulter 28 des Leitventils an die Sitzfläche 29 nicht gestattet.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen gemäß Abb. 1 und 2 hat die Wirkungsweise des Leitventils keinen hydrodynamischen Einfluß auf die Bewegungen des Kolbens, ausgenommen durch den Diruckabfluß an der Kolbenspitze. Es kann dadurch eine Steuerung des Druckeinlasses in die innere Kammer nicht erreicht werden, und die Verminderung des Druckes wird lediglich durch Öffnen eines Auslasses bewirkt, dessen Fläche wesentlich girößer ist als diejenige, des Einlasses. Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 3 ist der Abfluß des Druckes durch den Kolben beibehalten, es erfolgit aber gleichzeitig eine Steuerung des Druckeintrittes zu der inneren Kammer. Ausgenommen ist natürlich die Steuerung des Druckeinlasses durch den Spielraum rund um den Kolben. Es ist erklärlichj daß diese doppelte Wirksamkeit vorteilhafter ist, weil es nunmehr möglich ist, die Öffnung in dem hinteren Ende des inneren Zylinders ebenso groß zu machen wie die Öffnung durch den Kolben. Wenn es erforderlich ist, den Druck in dem Innenzylinder zu senken, kann der Druckeinlaß, falls erforderlich, vollständig abgesperrt werden, wodurch die größte Austrittsfläche gesichert wird. Dadurch wird die Zwangläufigkeit der Ventile dieser Art verbessert, ob dieselben mit einer Flüsisigkeit oder mit einem Gas in Verwendung kommen, und insbesondere ist für die Benutzung von Gasen ein besonderer Vorteil erzielt, weil eine leichte Bewegung des Kolbens in bezug auf das Leitventil eine schnellere und zwangläufigere bzw.

Claims (4)

1. kräftigere berichtigende Wirkung innerhalb des inneren Zylinders erzeugt und eine Schwingung des Kolbens in bezug auf das Leitventil überwindet, welche Schwingung genagend sein würde, um den Kolben gegen das Leitventil zu stoßen und das schädliche Hämmern zu bewirken. Der Grund dafür ist, daß die Druckänderung innerhalb des Kolbens, welche bestrebt ist, diese stoßweisen Bewegungen auszugleichen, nicht schnell genug oder nicht in genügender Größe auftritt, um die Kolbenbewegung bei der Steuerungsart gemäü Abb. ι und 2 anzuhalten.

   Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 3 ist die Stange 51 des Leitventils rohrförmig bzw. hohl ausgebildet und erstreckt sich durch das hintere Ende des inneren Zylinders B in einem Gleitlager. Die Stange 51 ist gegen die Eintrittsseite des Druckleitungsmittels offen und besitzt am vorderen Ende einen Pfropfen 52, welcher die Öffnung 15 abzuschließen hat. An dem vorderen Ende der Stange 51 ist eine Reihe Öffnungen 54 vorgesehen, welche in der dargestellten Lage überdeckt sind, indem sich das Lagerstück 55¹, welches einen Teil des Kolbens n bildet und mit diesem beweglich ist, über diese Öffnungen legt. Die Stange 51 befindet sich in. der dargestellten Lage noch nicht am Ende des Rückwärtshubes, sie kann noch! auf einem gewissen Spielraum nach rückwärts bewegt werden, bis die Schulter des Pfropfens 52 sich gegen das Lager 55¹ anlegt, wodurch der Kolben in der Offenlage verriegelt wird. Der Zweck des freien Spielraumes ist die Möglichkeit eines Leerhubes an der Vorderseite der Schulter, so daß der Kolben in den Zwischenlagen mehr oder weniger in Schwingung geraten .kann, ohne daß der Pfropfen 52, sei es gegen den Sitz 15, sei es gegen das Lager 55, anschlägt und das schädliche Hämmern hervorruft.

   Mit Vorteil ist, wie dargestellt, das Lager 5 S¹ in bezug auf die Wandung 16 in solchem Abstand angeordnet, daß sowohl der Eintritt des Druckleitungsmittels durch die Öffnungen 54 wie auch der Austritt desselben durch die Öffnung 15 gleichzeitig abgesperrt werden kann. Es ist ersichtlich^ daß die geringste Bewegung des Leitventils 52 nach vorwärts sofort den vollen. Druck der Netzleitung hinter dem Kolben einführen wird, wobei das Volumen ansteigt, je mehr die Öffnungen 54 geöffnet werden. Andererseits wird die geringste Bewegung des Leitventils , 52, ausgehend von der dargestellten Lage nach rückwärts, das Leitungsmittel von der Innenseite des Kolbens in.steigendem Volumen austreten lassen, wobei die Druckwirkung der Netzleitung ausgeschlossen bleibt, mit Ausnähme derjenigen, welche als Sickern rund um den Kolben auftritt.

   Ρλτε ν τ-Anspruch E:

   i. Ventil mit einem Gehäuse, in welchem ein innerer, an einem Ende geschlossener Zylinder und innerhalb desselben ein Kolben mit zugespitztem Kopf vorgesehen sind, welch letzterer sich gegen einen eingeengten Teil des Gehäuses anlegen kann, wobei in den. Zylinder das Druickleitungsmittel eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zugespitzten Kopfes des Kolbens eine innere Kammer (17) vorgesehen ist, welche mit dem Innern des Zylinders durch eine von einem Leitventil gesteuerte Öffnung (15) sowie mit dem Leitungsmittelkanal (C) durch eine Reihe von Öffnungen (18) in Verbindung steht.
2. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Fortsatz (26) des Leitventils (27) von nur wenig geringerem Durchmesser ist als die Öffnung (15) und die letztere geschlossen wird, bevor eine Schulter (28) des Ventilkörpers sich an ihren Ventilsitz (29) anlegt.
3. 3. Ventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (51) des Leit- oder Hilfsventils (52) hohl und gegen die Eintrittsseite des Druckleitungsmittels offen ist, wobei an dem vorderen Ende der Ventilstange Öffnungen (54) vorgesehen sind, welche durch ein an dem Kolben befestigtes Lager (5 5¹) geöffnet und geschlossen werden können, zum Zweck, das eintretende Druckleitungsmittel von dem Innern des Zylinders und ico des Kolbens abzuschließen.
4. 4. Ventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (55¹) in bezug auf die Wandung (16) der Kammer (17) in solchem Abstand angeordnet ist, daß sowohl der Eintritt des Druckleitungsmittels durch die Öffnungen (54) wie auch der Austritt desselben durch die Öffnung (15) gleichzeitig abgesperrt werden kann.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.