-
Selbsttätig öffnende und schließende Saug- und Druckventile Selbsttätig
arbeitende Saug- und Druckventile in Pumpen und Verdichtern jeder Art waren ursprünglich
für die damaligen Drehzahlen der Maschinen meist als federbelastete Klappen- oder
einfache Plattenventile ausgebildet. Wenn größerer Wert auf kleine schädliche Räume
gelegt wurde, um einen besseren volumetrischen Wirkungsgrad zu erzielen, wie z.
B. bei Kälteverdichtern, bevorzugte man den Einbau von selbsttätig öffnenden und
schließenden Kegelventilen. Diese Kegelventile wurden in den verschiedensten Bauarten
ausgeführt und befriedigten auch noch bei mittleren Drehzahlen, weil beim Durchgang
der angesaugten oder ausgestoßenen Gase oder Dämpfe durch den Ventilspalt keine
oder nur eine geringfügige Umlenkung des Gasstroms erfolgte, d. h. der Ventilwiderstand
bzw. Drosselverlust war äußerst gering. Sie genügten jedoch den Anforderungen nicht
mehr, als zur Herstellung leichterer und preiswerterer Maschinen die Drehzahlen
weiter gesteigert wurden. Hiermit hätten die Ventilhübe in unzulässiger Weise vergrößert
werden müssen, um den erforderlichen freien Ventildurchgang zu erzielen. Dies hätte
aber infolge der beachtlichen Masse des Ventilkegels ein starkes Klopfen des Ventils
und eine störende verzögernde Wirkung beim Schließvorgang zur Folge gehabt. Daher
wurden bei schnell laufenden Maschinen masseärmere Platten-und Ringplattenventile
verwendet, trotz der damit verbundenen Nachteile eines geringeren volumetrischen
Wirkungsgrads und größerer Drosselverluste infolge mehrfacher Umlenkung und Stauung
des Gasstroms innerhalb des Ventils. Die Vervollkommnung des Plattenventils durch
die Konstruktion des Schlitzplatten- und Mehrringplattenventils ermöglichte eine
weitere Steigerung der Drehzahl. Hiermit dürfte aber die Entwicklung des Plattenventils
seinen Höhepunkt erreicht haben. jedoch müssen auch bei den heute üblichen Drehzahlen
schon erhebliche Stauwiderstände unterhalb der Ventilplatten und sonstige Drosselverluste
in Kauf genommen werden, welche Leistungsgrad und
Kraftbedarf der
Maschinen bereits sehr nachteilig beeinflussen.
-
Weitere Übelstände der Plattenventile bestehen darin, daß die mechanische
Beanspruchung der Ventilplatten und Ventilfedern infolge Schlagwirkung sehr beträchtlich
ist, wozu sich bei Kälteverdichtern eine erhebliche thermodynamische Beanspruchung
noch hinzugesellt, welche die Ventilplatte außer auf Schlagwirkung auch stark auf
Verziehen beansprucht. Ferner müßte das Material hart und verschleißfest, gleichzeitig
aber auch elastisch und anpassungsfähig sein, damit die Platte ,ich trotz aller
Beanspruchung fest und dicht abschließend auf den Sitz preßt. Mangels eines solchen
Materials mußte immer mit einer gewissen Durchlässigkeit der Ventile gerechnet werden,
womit ein dauernder Leistungsverlust verbunden ist, welcher sich erheblich vergrößert,
wenn sich der Ventilsitz ()der die Platte infolge thermodynamischer Eintlüsse und
der Schlagwirkung stärker verwirft oder sich ein kleiner Fremdkörper zwischen Sitz
und Ringplatte festklemmt.
-
Bei Kälteverdichtern mit den letztgenannten Ventilen sind nun Drehzahlen
von 700 bis 800 Umclr./Miti. nach den heutigen Erfahrungen noch als zulässig
anzusprechen. Eine weitere Erhöhung der Drehzahl (Drehzahlen von iooo bis i5oo je
Minute wären z. B. notwendig, um die Verdichter mit nortnaltourigen Motoren von
1400 Umdr./Min. direkt kuppeln zu können), so wünschenswert dies auch wäre, ist
aber mit den bekannten Ventilen unmöglich.
-
Die Erfindung zeigt nun durch Schaffung eines neuen Ventils den Weg,
wie unter Beseitigung aller vorerwähnten Übelstände und unter Erzielung noch weiterer
Vorteile das gesteckte Ziel erreicht werden kann. Das neue Ventil nach der Erfindung
entspricht folgenden Xnforderungen: i. Bei gegebener Kolbenfläche und geringerer
Spaltbreite als bei Platten- und Ringplattenventilen gewährt es einen größeren freien
Ventilquerschnitt als die eben genannten; z. die schädlichen Räume und die Ventilspaltbreiten
sind weit kleiner und der freie Ventildurchgang größer als bei den bekannten Platten-und
Ringplattenventilen gleicher äußerer Abmessungen; 3. eine Änderung oder gar Umkehrung
der Richtung des Gasstroms beim Passieren des Ventils und damit eine unerwünschte
Stauung und ein hierdurch verursachter höherer Kraftverbrauch sowie ein größerer
Drosselverlust und ein damit verbundener Leistungsverlust sind vermieden; 4. die
nachteilige Schlagwirkung bei den bekannten Kegel-und Plattenventilen mit dem erforderlichen
freien Ventildurchgang bzw. den erforderlichen Spaltweiten ist nach der Erfindung
durch die Möglichkeit der Anordnung eines kleineren Ventilspalts beim Öffnen des
Ventils bei gleichem freiem Ventildurchgang sowie durch Geringhaltung der bewegten
Masse und Verwendung eines besonders elastischen Werkstoffs weitestgehend herabgesetzt,
was sich auch in einem fast vollkommen geräuschlosen Arbeiten der Ventile äußert;
5. das bewegte Material des Ventils ist gegen die auftretenden thermodvnamischen
Einflüsse, gegen Säuren, Laugen, Öl und Gase unempfindlich, verschleißfest und dabei
doch in hohem Grade elastisch und anschmiegsam.
-
Das neue Ventil nach der Erfindung ist in grundsätzlicher Weise dadurch
gekennzeichnet, daß zum Schließen und Öffnen der Durchlässe Lippen- oder lamellenartige
Teile aus einem elastischen, bei den Arbeitsbedingungen beständigen Werkstoff angeordnet
sind. :11s Material für den Dichtkörper eignet sich in erster Linie svtttlietischer
Kautschuk, wie er z. B. unter dem Namen Buna oder Perbuna im Handel erhältlich ist.
.\ti seiner Stelle können auch andere Werkstoffe mit entsprechenden Eigenschaften
verwendet werden.
-
Entsprechend der Konstruktion der verwendeten Ventile kann der Dichtkörper
ringförmige oder geradlinige Gestalt besitzen. Für seine Benutzung ist es belanglos.
ob es sich uni hin- oder Mehrspaltventile handelt. Gegebenenfalls kann die Bewegung
der Lippen oder Lamellen durch Federn unterstützt werden. Der Dichtkörper kann in
seiner Gesamtheit Lamellenfortn besitzen. Er kann aber auch mit lippenförmigen
:Ansätzen versehen sein. Die Anordnung des Dichtkörpers kann derart erfolgen, daß
Lippe oder Lamelle gegen eine Metallfläche oder Metallzunge oder aber auch Lippe
gegen Lippe abdichtet. Es können auch Anschläge für die Lamellen oder Lippen zur
Begrenzung der Spaltweiten vorgesehen sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in einer Aussparung
des Ventilkörpers der elastische Dichtungskörper Tiber den Durchlaßöffnungen in
einer der Lippen- oder Lamellenbewegung Spielraum gehenden Weise fest angeordnet.
Dabei können in dieser Aussparung z. B. runde Lamellen aus dem elastischen Stoff
in der Weise liegen, daß Gier innere Rand durch eine Druckplatte am Boden der Aussparung
festgehalten und dem äußeren Rand, welcher die Durchlässe bedeckt, genügend freier
Raum zum Auf- und Abspielen gegeben ist. In der Aussparung kann auch ein elastischer
ringförmiger oder geradliniger Dichtkörper mit auf einer oder auf beiden Seiten
schräg nach oben bis an die Aussparungswand verlaufenden lippenartigen Fortsätzen
angeordnet sein.
-
Dieser Dichtkörper besitzt nach einer be-,vährten Ausführungsform
in diesem Fall einen Querschnitt von der Form eines unten abgeplatteten
V und ist auf dem Boden der Aussparung zwischen zwei Reihen von I)urclilaßöffnungen
angeordnet. Es können auch bei -'"Zelirsl>altventileii mehrere Dichtkörper nebeneinander
und nur durch eine Reihe von Durchlaßöffnungen getrennt angebracht sein. 1>1e Befestigung
der Dichtkörper auf dem Boden der Aussparung erfolgt in beliebiger Weise von einer
Druckplatte aus, vorzugsweise durch von der Druckplatte ausgehende, zwischen die
Lippen führende Stege.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform kann auch die Kolbenmanschette
als ein Ventil ausgebildet sein.
-
Wesentlich ist in allen Fällen stets, daß die
Durchlässe
durch Ventilkörper und Druckplatte ohne jede oder doch ohne jede wesentliche Richtungsänderung
verlaufen.
-
Es hat sich auch noch sehr bewährt, den unteren Teil des elastischen
Dichtkörpers von der Form des abgeplatteten V mit einem Blechkäfig zu umgeben,
um unerwünschte Formänderungen zu verhüten, welche durch die Druckwirkung der festklemmenden
Stege hervorgerufen werden könnte.
-
An den Zeichnungen soll nun die Erfindung noch weiter erläutert werden.
Die Zeichnungen stellen schematische Schnitte dar durch beispielhafte Ausführungsformen
des Erfindungsgedankens, und zwar Fig. i durch an Kolben und Zylinder angeordnete
Zweispaltdruck- und -saugventile, Fig. 2 durch ein Dreispaltdruckventil auf einem
"Zylinder, Fig.3 und .1 durch vergrößerte Wiedergaben eines den neuen Dichtkörper
enthaltenden Teils, Fig.5 durch ein Einspaltventil für kleinere Maschinen, und Fig.6
durch einen Kolben mit als Saugventil wirkender Kolbenmanschette.
-
liei allen Zeichnungen sind die gleichen Teile mit den gleichen Ziffern
bezeichnet.
-
Fig. 1 gibt zunächst eine auf dem Kopf eines Zylinders eines N'erdichters
angeordnete Zweispaltdruckventilplatte mit dem neuen Dichtkörper wieder, welch letzterer
mit hochstegigen ringförmigen Lippen versehen ist. Der Druckventilkörper i besitzt
eine ringförmige Aussparung 31, in welche der eigentliche elastische, z. B. aus
Buna bestehende Dichtkörper 2 mit beweglichen Lippen 3 und 4 eingesetzt ist. Im
Schließzustand legen sich diese Lippen an der inneren bzw. äußeren Wand der Aussparung
fest an. In den Dichtring 2 greift von oben zwischen die Lippen 3 und 4 der Steg
5 ein, welcher durch Platte 6 und Schraube 7 fest auf den ringförmigen Fuß des Dichtkörpers
2 aufgepreßt ist. Die beiderseits des Dichtkörpers 2 von ihm und der Wandung der
Aussparung begrenzten schmalen Ringräume 8 und 9 sind durch im Boden der Aussparung
31 der Druckventilplatte i ringförmig gebohrte Löcher to mit dem Kompressionsraum
32 des Verdichters verhunden. Der auf dem Dichtkörper 2 lastende Betriebsdruck wird
von dem Boden 12 der Druckventilplatte i aufgenommen und teilweise auf das Mittelstück
13 bzw. durch das Anzugsgewinde 7 auf die obere Druckplatte 6 übertragen, welche
sich ihrerseits auf den Rand der Druckventilplatte i und diese letztere sich wiederum
auf den Zylinderrand 15 abstützt. Daher kann der Boden 12 der Ventilplatte i verhältnismäßig
dünn sein. Die schädlichen Räume bestehen also nur aus den engen, konischen Schlitzen
8 und 9 und den kurzen Durchlässen to, sind somit auf ein Minimum zurückgeführt.
Einer oder beide Lochkreise können auch als durchgehende Schlitze ausgeführt sein.
-
In Fig. i ist ferner noch linksseitig ein im Kolben eingebautes Zweispaltsaugventil
dargestellt. Rechtsseitig ist in Fig. i bei 27 die Anordnung eines V-Ringsaugventils
auf dem oberen Zylinderrand angedeutet. In ihrem Aufbau stimmen diese Saugventile
mit den eben erörterten Druckventilen überein.
-
Fig. 2 zeigt ein Dreispaltventil. Dabei sind zwei Dichtkörper 2 nur
durch einen mittleren Spalt entsprechend der Breite der Löcher io getrennt nebeneinander
angeordnet. Hier liegt in der Schließstellung Lippe gegen Lippe. Es könnte aber
auch eine Metallzunge 26 (gestrichelt) an der Druckplatte befestigt sein, gegen
deren beide Seiten sich die Lippen dann anlegen würden. Je nach Erfordernis und
Größe der Kolbenfläche läßt sich die Zahl der Ventilspalte beliebig vergrößern.
-
Fig. 3 und 4 geben Einbau und Wirkungsweise des Dichtkörpers in vergrößertem
Maßstabe an einem Druckventil erläutert wieder. Beim Kompressionshub des Kolbens
16 (Fig. i) werden die Gase durch die Löcher io und Ringspalt 8 und 9 gegen die
Lippen 3 und 4 gepreßt. Unter diesem Druck entfernen sich diese elastischen Teile
von der Wand der Aussparung, wie es rechtsseitig in Fig. 3 und 4. angedeutet ist,
geben dadurch den Weg für die zusammengepreßten Gase frei, und diese verlassen den
Zylinder durch den Ventilspalt 17 in gerader Richtung ohne jede nennenswerte Richtungsänderung.
Eine Umlenkung und hierdurch verursachte Stauung der Gase wie bei den bekannten
Plattenventilen kann hier nicht stattfinden. Geht jetzt der Kolben wieder zurück,
so klappen die Lippen infolge ihrer Elastizität und unter dem von außen wirkenden
Druck wieder gegen die Wand der Aussparung, wie es linksseitig in Fig. 3 und 4 dargestellt
ist, und schließen den Zylinderraum wieder dicht ab. Die Wirkungsweise der Saugventile
ist sinngemäß die gleiche. Das Spiel der Ventile verläuft praktisch geräuschlos.
-
Zur Erhaltung der Form des Dichtkörpers ist ein Blechkäfig 18 vorgesehen.
-
Der in Fig. 4 mit einer kegelförmigen Abdrehung versehene Steg 5 begrenzt
das öffnen der Lippen, welche hierdurch eine geringere mechanische Beanspruchung
erfahren.
-
In Fig.5 ist eine für kleinere Verdichter bestimmte Ausführungsform
wiedergegeben. Sie ist als'Einspaltventil ausgebildet, und zwar als Druckventillamelle
21 und Saugventillamelle 22. An Stelle der Unterbringung des Saugventils 22 im Kolben
kann es auch als Lamellenventil auf dem inneren Zylinderrand 23 unter entsprechender
Anordnung von Gaskanälen 24 und 25 angebracht sein. Die Wirkungsweise ergibt sich
ohne weiteres aus den vorhergehenden Darlegungen. Bei der Komprimierung werden die
Lamellen 21 geöffnet, die Lamellen 22 bzw. 23 geschlossen, und beim Ansaugen werden
die Lamellen 21 geschlossen und die Lamellen 22 bzw. 23 geöffnet. Auch diese Ausführungsform
zeigt die wesentlichen Merkmale der Erfindung, nämlich den elastischen Ventilteil,
und in diesem Fall eine unbeachtliche Richtungsänderung der durchströmenden Gase
im Ventil.
-
Fig.6 gibt eine weitere Ausführungsform der Erfindung wieder. In einem
Zylinder 29 ist ein Kolben 28 mit einer Manschette 3o aus dem gleichen Werkstoff
wie die V-Ringe angeordnet. Beim Saughub
des Kolbens wirkt die
Manschette 3o dadurch als Saugventil, daß der Steg der Manschette durch den Druck
der angesaugten Gase nach innen gepreßt und somit ein freier Spalt geschaffen wird.
Die Manschette wirkt also wie die Lamelle gemäß F ig. 5. Rechtsseitig ist das Ventil
in geöffnetem, linksseitig in geschlossenem Zustand dargestellt. Auch bei dieser
Ventilart sind die Merkmale der Erfindung verkörpert.