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Anordnung zum Kühlen von Plattenventilen, insbesondere bei Kompressoren
Bei Luft- und Gaskompressoren mit im Ventilkopf angeordneten Saug- und Druckventilen
in Plattenform werden die Ventile'in der Regel nicht besonders gekühlt, vielmehr
wird die Wärme durchweg lediglich über den äußeren Rand des Sitzes nach den umgebenden
Teilen des Ventilkopfs abgeführt. Diese Art der Kühlung ist indessen völlig unzureichend,
da die unmittelbar am Zylinder gelegenen Ventilköpfe an sich bereits eine erhebliche
Temperatur aufweisen, und zwar insbesonderebeimDruckventil, in dessen Bereich bekanntlich
eine sehr hohe Kompressionswärme auftritt. Die entstehenden hohen Temperaturen führen
außerdem leicht zu einer unerwünschten Ölkohlebildung an den Dichtflächen des Ventils,
die sich nicht nur nachteilig auf die Wärmeableitung auswirkt, sondern unter Umständen
auch den einwandfreien Abschluß der Ventile beeinträchtigt.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird diesem Mangel der bekannten Plattenventilanordnung
dadurch in sicherer und zuverlässiger Weise begegnet, daß der in der üblichen Ausführungsform
die Durchtrittsöffnungen für das geförderte Mittel enthaltende kreisrunde Ventilsitz
an seinen dem Zylinderraum abgewandten frei liegenden Stellen in unmittelbarer Berührung
mit einem metallischen Kühlkörper steht. Die Anordnung wird dabei zweckmäßig so
getroffen, daß der Kühlkörper gegen den Ventilsitz sowohl in dessen mittlerem Bereich
als auch an seinem Umfang anliegt und außerdem wärmeleitend mit dem Ventilkopf verbunden
ist. Zur Erzielung einer besonders günstigen Wirkung kann der Kühlkörper
mit
Flüssigkeitskühlung ausgestattet sein, und zwar derart, daß er einen von einer Kühlflüssigkeit
durchströmten Kühltopf enthält bzw. unmittelbar als Kühltopf ausgebildet -ist, der
im Strom des in den Ventilkopf ein- bzw. aus diesem austretenden Mediums liegt und
auf seiner Außenseite gegebenenfalls mit sich in Richtung nach dem Ventilsitz zu
erstrekkenden, an ihren freien Enden durch konzentrische Ringe miteinander verbundenen
Rippen versehen ist.
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Bei Anwendung des Erfindungsgedankens auf Druckventile wird der Kühlkörper
vorteilhaft in der Weise ausgebildet, daß er zugleich den Fänger für die Ventilplatte
bildet, während er beim Saugventil sinngemäß mit dem Ventilsitz aus einem einheitlicher
Stück besteht. Die konzentrischen Ringe am Kühlkörper sind dabei jeweils so angeordnet,
daß sie gegenüber den Ringen nm Ventilsitz bzw. -im Fänger versetzt liegen, während
sich der äußere Ritig jeweils auf dem Ventilsitzrand bzw. dem Fängerrand abstützt.
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Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine überraschend günstige
Kühlwirkung bei Plattenventilen erzielt. Vor allem beim Druckventil, dessen Sitz
durch die Kompressionswärme sowie durch Luftreibung hohe Temperaturen aufweist,
ergibt sich infolge der unmittelbaren und verhältnismäßig großflächigen Berührung
mit dem Kühlkörper eine weitgehende Abkühlung, die durch entsprechende Anordnung
des Kühltopfs im Luftstrom noch verstärkt wird. Die Haltbarkeit der Ventilplatten
wird dadurch nicht unwesentlich beeinflußt, es kann sich außerdem keine zu Wärmestauungen
führende Ü1-köhle ansetzen, und schließlich besteht die unbedingte Gewähr dafür,
daß die Lufttemperatur stets unter der zulässigen Grenze bleibt.
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Auch beim Saugventil ergeben sich durch die Kühlung der eintretenden
Luft beachtliche Vorteile, vor allem in bezug auf eine Verbesserung des volumetrischen
Wirkungsgrads des Kompressors sowie durch die Möglichkeit, die von dem Druckventil
nach dem Saugventil hin abstrahlende Wärme durch Schaffung eines verhältnismäßig
hohen Wärmegefälles möglichst rasch nach den übrigen Teilen des Ventilkopfs weiterzuleiten.
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Von besonderer Bedeutung ist ferner der Umstand, daß die von den Ventilplattenflächen
in der geschlossenen Stellung des Druckventils aufgenommene Wärme in der Offenstellung
beim Anlegen der Ventilplatten am Fänger infolge der unmittelbaren Berührung der
Plattenflächen an den konzentrischen Ringen des Kühlkörpers weitgehend an diesen
abgeführt wird, so daß der dauernde Wechsel der Ventilplatte vom Sitz zum Fänger
und zurück einen überraschend günstigen und stetigen Wärmeausgleich zur Folge hat.
Das gleiche gilt sinngemäß auch für das Saugventil, bei dem ebenfalls die in der
geöffneten Ventilstellung von dem Fänger auf die Ventilplatte übertragene Wärme
jeweils in der Schließstellung des Ventils von den Ringen des zugleich den Ventilsitz
bildenden Kühlkörpers aufgenommen wird. Auch dieser Vorgang trägt wesentlich dazu
bei, daß durch die Anordnung eines entsprechend gestalteten Kühlkörpers im Ventilkopf
von mit Plattenventilen ausgestatteten Kompressoren eine überraschend günstige Kühlwirkung
erreicht werden kann.
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Die Zeichnung veranschaulicht den Gegenstand der Erfindung in einer
beispielsweisen Ausführungsform, und zwar zeigt Abb. i einen Schnitt durch einen
Ventilkopf mit einem Saug- und einem Druckventil in Plattenform und Abb. 2 einen
Querschnitt nach Linie A-B von Abb. i.
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Der Ventilkopf i enthält auf der rechten Seite das Saugventil, das
von dem Ventilsitz 2 sowie dem Fänger 3 gebildet ist, während das auf der linken
Seite befindliche Druckventil aus dem Ventilsitz 4 sowie dem Fänger 5 besteht. Die
eigentlichen Ventilplatten 6 werden in bekannter Weise durch in der Zeichnung nicht
wiedergegebene Federn auf die Sitzet bzw.4 gedrückt, so daß bei geschlossenem Ventil
die segmentförmigen Schlitze 7 in den Ventilsitzen von den Ventilplattenflächen
abgedeckt werden.
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Der Ventilsitz 2 des Saugventils bildet zugleich das untere Ende eines
Kühlkörpers 8, der aus dem Kühltopf 9 sowie einer Anzahl an dessen Außenfläche angebrachter
radialer Rippen io besteht. Die Rippen sind unter sich durch konzentrische Ringe
i i miteinander verbunden, die gleichzeitig den Ventilsitz 2 bilden. Der äußere
Ring 12 des Kühlkörpers 8 sitzt unmittelbar auf dem Rand 13 des Fängers 3 auf, mit
welchem er außerdem im Bereich 18 der Verbindungsschraube 14 in metallischer Berührung
steht.
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In gleicher Weise ist auch der aus dem Kühltopf 9 sowie den radialen
Rippen io und den zwischen diesen gelegenen konzentrischen Ringen i i gebildete
Kühlkörper 15 des Druckventils derart ausgestaltet, daß die Ringe i i zugleich alis
Fänger 5 dienen. Der äußere Ring 16 des Kühlkörpers 15 sitzt auf dem Rand 17 des
Ventilsitzes 4 auf, und es ist außerdem auch hier im Bereich der Verbindungsschraube
14 eine unmittelbare metallische Berührung zwischen Kühlkörper 15 und Ventilsitz
4 geschaffen.
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An ihrem oberen Ende stehen die beiden Kühlkörper 8 und 15 ebenfalls
in wärmeleitender Verbindung mit dem Ventilkopf i, gegen den sich die Randflanschen
i9 der Kühltöpfe 9 mit einer verhältnismäßig breiten Fläche unmittelbar anlegen.
Der Ventilkopf ist außerdem von einem Kühlwassermantel 26 umgeben, von dem aus das
Wasser über den im Abschlußdeckel 20 gelegenen Kanal 21 zunächst in den im Bereich
des Saugventils angeordneten Kühltopf 9 eingeführt wird. Es tritt in diesen durch
das bis nahezu auf den Boden des Kühltopfs reichende Fallrohr 22 ein, gelangt anschließend
wiederum über den Deckel 2o durch den Kanal 23 in den Bereich des Druckventils und
wird hier ebenfalls durch ein Fallrohr 24 in den zweiten Kühltopf 9 geleitet. Der
Kühlwasseraustritt erfolgt durch den Stutzen 25.
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Die Wirkungsweise der Ventile ist die übliche und bedarf keiner besonderen
Erläuterung. Im übrigen
läßt die Zeichnung deutlich erkennen, daß
durch die weitgelieiide metallische Ableitung der in den Ventilteilen auftretenden
Wärme in den beim 1)ruckvecitil sich unmittelbar auf den Ventilsitz abstützenden
bzw. beim Saugvontil den Ventilsitz 2 enthaltenden Kühlkörper 15 bzw. 8, jeweils
in Verbindung mit dem wasserdurchflossenen Kühltopf 9, eine besonders günstige Kühlwirkung
erreicht wird. Die beiden Kühlkörper 8 und 15 liegen sowohl über ihren gesamten
Umfang 12 bzw. 16 als auch in ihrem mittleren Bereich 18 mit verhältnismäßig großen
Flächen unmittelbar an den entsprechenden Flächen der zu kühlenden Ventilteile an.
Da die Kühlkörper außerdem selbst einen Teil der Gegenlager für die Ventilplatten
6 bilden, wird bei deren wechselseitigem Anliegen am Sitz und Fänger zudem laufend
eine \\'ärmeiil>ertragung von den heißen Stellen der Ventile unmittelbar zu den
Kühlkörpern bewirkt und so eine stete und zuverlässige Wärmeabfuhr gewährleistet.
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Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Waise verwirklichen
und ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können insbesondere
die Anordnung, Ausgestaltung und Formgebung der Kühlkörper auch auf jede andere
geeignete Art gewählt werden und an Stelle der Flüssigkeitskühlung auch eine Luftkühlung
vorgesehen sein, ebenso wie auch die Bauart der Ventile selbst durchaus beliebig
ist und sich in der Regel ausschließlich nach den jeweiligen Erfordernissen der
Praxis richtet. Wesentlich ist in allen Fällen nur, daß die zu kühlenden Ventilteile
über einen verhältnismäßig großen Flächenbereich in unmittelbarer metallischer Berührung
mit einem besonderen Kühlkörper stehen, der zweckmäßig in Form eines wasserdurchflossenen,
bis in den Bereich der Ventile reichenden und vorteilhaft zugleich im Strom des
ein- bzw. austretenden Mediums gelegenen Kühltopfs ausgestaltet ist.