DE845291C

DE845291C - Rueckschlagventil mit in der Mitte eingespannter, biegsamer Kreisscheibe

Info

Publication number: DE845291C
Application number: DEH1580A
Authority: DE
Inventors: Franz Haag; Ludwig Dipl-Ing Dr Huber
Original assignee: HEIZMOTOREN GES
Current assignee: HEIZMOTOREN GES
Priority date: 1950-02-14
Filing date: 1950-02-14
Publication date: 1955-04-04

Description

Rückschlagventil mit in der Mitte eingespannter, biegsamer Kreisscheibe Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil für hohe Arbeitsfrequenz, welches insbesondere als Ansaugventil für akustisch schwingende Verpuffungsgeräte bestimmt ist und sich durch vorzügliche Einstellbarkeit, leichte Auswechselbarkeit und besonders hohe Betriebssicherheit auszeichnet.
Für akustisch schwingende V erpuffungsgeräte pflegte man bisher Rückschlagventile mit einer Reihe von kranzartig angeordneten, zwischen den Ventilsitzen und gegenüberliegenden Anschlagringen frei schwingenden, kalottenförmigen Ventilkörpern aus Stahlblech od. dgl. zu benutzen. Es ist auch schon die Verwendung einer dreieckigen, an einer Seite des Dreieckes eingespannten Stahlmembran als Ventilklappe vorgeschlagen worden. Alle diese Konstruktionen besitzen jeloch nicht die erforderliche einfache Einstellbarkeit und die gewünschte, über viele Millionen von Öffnungen und Schließungen gewährleistete Betriebssicherheit.
Die Erfindung benutzt als Ventilverschlußkörper an Stelle der beschriebenen Kalotten eine in der Mitte eingespannte, biegsame Kreisscheibe, welche zwischen der Ventilsitzplatte und einer zum Verschlußkörper hin konvex gewölbten, am Rande mit Bohrungen versehenen Anschlagplatte liegt. Ventile dieser Art mit einer weichen Gummiplatte als Ventilverschlußkörper sind z. B. bei Wasserpumpen bereits als Ansaugventile verwendet worden und gelten im allgemeinen als ziemlich träge. Es wurde aber gefunden, daß man auf dieser Basis ein überaus rasch wirkendes auf kleine Druckdifferenzen praktisch ermüdungsfrei ansprechendes Ventil bauen kann, wenn man die übliche dicke Gummiplatte durch eine dünne, vorzugsweise versteifte und aus schmiegsamem Werkstoff hergestellte Membran mit sehr kleinem, zweckmäßig einstellbarem Hub ersetzt. Gegenstand der Erfindung ist nun eine Könstruktion, welche mit einfachsten Mitteln ein genau einstellbares Rückschlagventil dieser letztgenannten Art ergibt.
Gemäß der Erfindung wird der aus schmiegsamem NN'erkstoff, wie z. B. Gummi od. dgl. bestehende, vorzugsweise.versteifte Ventilverschlußkörper auf dem zentralen Tragbolzen der Anschlagplatte befestigt und der Abstand des Verschlußkörpers und der Anschlagplatte vom Ventilsitz, welcher seinerseits aus einer am Rande mit einem Kranz von Bohrungen ausgerüsteten Platte besteht, mit Hilfe eines gemeinsamen Gewindes eingestellt. Dabei kann man die gemeinsame Verstellbewegung des Verschlußkörpers und der Anschlagplatte z. B. dadurch sicherstellen, daß man die zentrale Zone des Verschlußkörpers auf die zentrale Zone der Anschlagplatte aufklebt. Als zweckmäßiger hat es sich jedoch erwiesen, die zentrale Zone des Ventilverschlußkörpers mittels einer Feder, welche über den Tragbolzen der Anschlagplatte geschoben ist und sich auf die als Ventilsitz dienende Platte stützt, gegen die erwähnte Anschlagplatte zu drücken. Als Verstellgewinde benutzt man am besten eine Mutter, welche auf einer zentralen, an der als Ventilsitz dienenden Platte angeordneten Gewindebuchse läuft und welche mit dem Tragbolzen der erwähnten Anschlagplatte versplintet ist.
Durch die erwähnten konstruktiven Hilfsmittel lassen sich die Bewegungen der ausgezeichnet abgestützten Membran in sehr engen Grenzen halten, ohne daß die an ihr wirksamen Steuerkräfte merklich vermindert werden. Sie werden sogar wesentlich höher als bei den eingangs erwähnten Einzelkalotten, da wegen der Bohrungen in der Anschlagplatte die ganze Fläche der Membran unter dem Einfluß der steuernden Druckdifferenzen liegt. Infolgedessen arbeitet das Ventil bis zu sehr hohen Steuerfrequenzen überraschend betriebssicher und widersteht auch sehr langdauernden Beanspruchungen ohne erkennbare Ermüdungserscheinungen. Eine besondere Schonung der Membran läßt sich hierbei erzielen, wenn man die Querschnitte der beiden Platten, zwischen denen die Membran schwingt, den Durchbiegungen anpaßt, denen die Membran in den zugehörigen Anschlaglagen unterworfen ist, da die Membran sich dann mit ihrer ganzen Fläche an diese Platten anlegt und hierbei der Stoß, mit dem sie anschlägt, durch das zwischen Membran und Platte eingeschlossene Luftpolster besonders wirkungsvoll abgedämpft wird.
Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Von diesen zeigt Fig. i den Querschnitt, Fig.2 die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Ventils mit einer einzigen Membran, Fig. 3 den Querschnitt durch ein Ventil mit zwei Membranen. Die Einlaßkammer r des nicht gezeichneten Verpuffungsgerätes ist durch die Ventilsitzplatte 2 abgeschlossen, welche mit einem Kranz von Bohrungen 3 ausgerüstet ist, die als 1?inlaßkanäle des dargestellten Ansaugventils wirken. Lber diesen Bohrungen 3 spielt die Randzone der Membran 4, welche als Ventilverschlußkörper dient und zwischen der Ventilsitzplatte 2 und der Anschlagplatte 5 liegt, die ihrerseits ebenfalls mit einem Kranz von Durchbrechun,gei (Bohrungen) 6 ausgerüstet ist, die von der Randzone der :Membran 4 überdeckt werden. Herrscht innerhalb der Kammer r ein Überdruck, so wirkt dieser in Richtung der Pfeile P1 durch die Bohrungen () hindurch auf die ganze linksseitige Fläche der Membran 4 uncl preßt diese gegen die Ventilsitzplatte 2. so daß der Rand der Membran deren Öffnungen 3 verschließt. Herrscht dagegen innerhalb der Kammer r ein Unterdruck gegenüber der Außenatmosphäre, sog drückt die Luft von außen durch die Bohrungen 3 auf die ganze rechtseitige Oberfläche der Membran 4 und drückt diese nach links gegen die Anschlagplatte 5. Die Luft vermag dann von außen in Richtung der Pfeile P= durch die Bohrungen 3 sowie um die Ränder der Membran 4 und der Anschlagplatte 5 herum in die Kammer i einzutreten. Da die eintretende Strömung hinter den Bohrungen 3 in zentrifugaler Richtung abgelenkt wird und sich hierbei der Strömungsquerschnitt nach <len Rande der Membran hin venturiartig erweitert, ist der Strömungswiderstand des Ventils in der Durchlaßrichtung verhältnismäßig klein, und zwar auch bei überraschend kleinen Bewegungen des Membranrandes zur Öffnung und Schließung des Ventils. Infolgedessen ist der zur betriebssicheren Durchsteuerung des Ventils erforderliche Impuls sehr klein und die elastische Beanspruchung der Membran so gering, claß das l\laterial selbst nach Millionen von öffnungen und Schließungen nicht erkennbar ermüdet.
Da ein Rückschlagventil in der Durchlaßpliase nur dann exakt geöffnet bleibt, wenn nnan während dieser ganzen Durchlaßphase eine gewisse Mindestdruckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite des Verschlußstückes aufrechterhält, darf der Widerstand des um den Membranrand herumführenden Strömungsweges, welcher diesen Druckabfall gew:ilirleistet, aber auch nicht zu klein werden. Man niuß ihn daher zur Erzielung einer optimalen Arbeitsweise den jeweils herrschenden Verhältnissen des hinter denn Ventil liegenden Wechseldruekraumes anpassen. Zu diesen Zwecke wird die Anschlagplatte 5 von einen Bolzen 7 getragen, welcher in einer zentralen Bohrung der Ventilsitzplatte 2 geführt und durch einen Splint S finit einer R@indelmritter 9 verbunden ist, die auf dein Außengewinde eines mit der Ventilsitzplatte 2 verbundenen Stumpfes io läuft. Da die Membran 4 gleichzeitig von einem Ring ii, der unter dem Druck der Fe-ler 12 liegt, gegen die Anschlagplatte 5 gedrückt wird, kann man also mittels der Rändelmutter 9 den Abstand zwischen der gemeinsam mit der Anschlagplatte 5 beweglichen Membran 4 und der Ventilsitzplatte 2 sehr fein verstellen und damit den Strömungswiderstan._1 in der Durchtrittsrichtung (Pfeil P2) sehr genau einregulieren.

Um die einmal gewonnene 1?i»stellung festzuhalten, ist an der Ventilsitzplatte 2 außen eine Feder 13 be-

festigt, welche mit der Riffelung der Rändelmutter 9

im Eingriff steht und diese in ihrer jeweils eingestellten

Lage arretiert. Die gewonnene Einstellung kann dann

auch bei einer Demontage und Reinigung des Ventils

erhalten bleiben. Denn für diesen Zweck wird die Ven-

tilsitzplatte 2 VOin Gehäuse der Kammer i abge-

schiaubt und dann der federnde Splint 8 aus der

:Mutter 9 herausgezogen, so daß man den Bolzen 7 nach

links aus ,einer Führung herausziehen kann. Hierbei

entspannt sich die Feder 12, so daß man bei Bedarf

die Membran aus ihrer Einspannung herausnehmen

und reinigen bzw. durch eine neue :Membran ersetzen

kann. Gleichzeitig werden die Bohrungen 3 und 6 der

Reinigung zugänglich, welche bei jedem Ventil von

Zeit zu Zeit vorgenommen werden muß.

Von erheblicher Bedeutung für die Wirkungsweise

des beschriebenen Ventils ist natürlich die Wahl eines

geeigneten Materials für die Membran 4. Diese soll

dünn und leicht sein, damit ihre Bewegungen keine

unerwünscht großen Massenkräfte erfordern. Sie muß

aber auch eine ausreichende Steifheit besitzen, um die

angreifenden Gasdruckkräfte mit ihrer vollen Fläche

aufzunelinieii und auf die relativ kleinen Dichtungs-

flüchen zu übertragen. Sie soll weiterhin zur Erzielung

einer guten abclichtung eine gummiartig weiche Ober-

fläche besitzen. Schließlich muß sie frei von Ermü-

dungserscheinungen sein und darf insbesondere nicht

zu Ermüdungsbrüchen neigen. Alle diese Eigenschaf-

ten lassen sich z. B. durch Überziehen eines dünnen

Bervllinmbronzebleches mit einem relativ hochchlo-

rierten Chlorkautschuk erzielen. Als billiger und nahe-

zu gleichwertig haben sich jedoch Kunststoffolien mit

Gewebeeinlage erwiesen. Fluch Membranen aus künst-

lichem Kautschuk, welche aus mehreren Schichten

verschiedener Härte durch Zusammenwalzen aufge-

baut sind, haben sich für diesen Zweck bewährt.

Weiterhin hat es sich für die Lebensdauer der Mem-

bran 4 als wichtig erwiesen, der Anschlagplatte 5 den

dargestellten Querschnitt zu geben, dessen der Mem-

bran zugewendete Begrenzungslinie dem Querschnitt

angepaßt ist, den die durchgebogene Membran in der

Anschlagstellung erhält. Denn hierdurch wird ein wei-

cher,-flächiger Anschlag erzwungen. Die gleiche 'Iaß-

nahnie kann man auch auf Seite der Ventilsitzplatte 2

anwenden.

Die zentralsymmetrische Ausgestaltung des erfin-

dungsgemäßen Ventils ermöglicht es, zwei oder mehr

Ventile angenähert gleicher Art parallel geschaltet in

einem rotationssvmnietrischen Konstruktionselement

zu vereinigen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel mit

zwei Membranen und entsprechend höherer Durchlaß-

leistung zeigt Fig. 3. Die Ventilsitzplatte 2a ist in zwei

verschiedene Ebenen niit den beiden Bohrungskrän-

zen 3a und 31 ausgerüstet, hinter denen die beiden

Membranen 4a und 4b liegen. Hinter der Membran 4a

liegt die Anschlagplatte 5a, hinter der Membran 4b

die Anschlagplatte 5b. Die Membran 4a wird durch

einen Ring iia, die Membran 4b durch einen Ring 11b

gegen die Anschlagplatte 5a bzw. 5b gedrückt. Der

Ring 11b liegt hierbei unter dem Druck eines an der

Anschlagplatte 5a vorgesehenen Bundes 14, der den

Druck der Feder 12a auf diesen Ringlib weiter über-

trägt. Denn die Anschlagplatte 5a gleitet auf <lern

Bolzen 7a, während erst die Anschlagplatte 5b fest mit dem Ende dieses Bolzens 7a verschraubt ist. Infolgedessen lassen sich mit Hilfe der Rändelmutter 9a beide Membranen 4a und 4b gleichzeitig mit den Anschlagplatten 51 und 51, auf welche sie die gemeinsame Feder 12a preßt, gegen die Ventilsitzplatte 2a verstellen. Die Membran 4' und die zugehörige Anschlagplatte 5b sind in der Nähe der Peripherie des Bolzens 7° mit einem zusätzlichen Kranz von Bohrungen Z5 ausgerüstet, so daß die während der Durchlaßphase in Richtung ('es Pfeiles P2 über die Bohrungen 3a eintretende Luft durch diese Bohrungen 15 ungehindert in die Einlaßkaminer ja eintreten kann. Durch die Bohrungen 3b tritt die Luft dann gleichzeitig in Richtung der Pfeile P3 in die Kammer ja ein.

Die Demontage und Reinigung des in Fig.3 dargestellten Ventils gestaltet sich praktisch ebenso einfach wie diejenige des in Fig. i und Fig. 2 wiedergegebenen Ventils. Man braucht auch in diesem Falle nur den federnden Splint 8a zu lösen und dann den Bolzen 7a nach links aus seiner Führung herauszuziehen, um die beiden Lochreihen 3a und 3b der Reinigung freizulegen und gleichzeitig alle übrigen, der Reinigung oder Auswechselung zu unterziehenden Einzelteile vom Bolzen 7a nach rechts einzeln abziehen zti kiiiinen.

Claims

PATENTANSPn l#'CHE: i. Rückschlagventil, dessen Ventilverschlußkörper aus einer in der Mitte eingespannten, biegsamen Kreisscheibe besteht und zwischen der Ventilsitzplatte und einer zum Verschlußkörper hin konvex gewölbten, am Rande mit Bohrungen versebenen Anschlagplatte liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der aus schmiegsamem Werkstoff, v-ie z. B. Gummi o;1. dgl. bestehende Ventilverschlußkörper (4) auf dein zentralen Tragbolzen (7) der Anschlagplatte (5) befestigt und daß der Abstand des Verschlußkörpers (4) und der Anschlagplatte (5) vom Ventilsitz, welcher seinerseits aus einer am Rande mit einem Kranz von Bohrungen (3) ausgerüsteten Platte (2) besteht, gemeinsam mittels eines Gewindes einstellbar ist.
2. Rückschlagventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zone des Ventilverschlußkörpers (4) von einer Feder (12), welche über den Tragbolzen (7) der Anschlagplatte (5) geschoben ist und sich auf die als Ventilsitz dienende Platte (2) stützt, gegen die Anschlagplatte (5) gedrückt wird.
3. Rückschlagventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragbolzen (7) durch einen Splint (8) mit einer Mutter (9) verbunden ist, welche auf einer zentralen Gewindebuchse (io) an der als Ventilsitz dienenden Platte (2) läuft.
4. Rückschlagventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilverschlußkörper aus einer weichen Membran mit versteifender Metalleinlage besteht.
5. Rückschlagventil nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der verstellbare Tragbolzen (7 a) gleichzeitig zwei hintereinanderliegende VentilverschluBkörper (4a, 4°) mit je einer dahinterliegenden Anschlagplatte (5 a, 5b) trägt, welche zwei in verschiedenen Ebenen liegenden Ventilsitzzonen (3a, 3b) verschiedenen Durchmessers zugeordnet sind.
6. Die Anwendung vmi Rückschlagventilen nach Anspruch Z als Lufteinlaßventil für akustisch schwingende Verpuffungsgeräte. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 676 82o.