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Plattenventil mit selbsttätiger Rückführung Bei selbsttätigen Pl.attenventileln
und insbesondere bei Verwendung solcher Ventile für Gasverdichter erfolgt die Rückführung
auf den. Ventilsitz im allgemeinen: durch Federn.
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Bei sehr dünnen Ventilplatten, deren Stärke zwischen o,2 und
0,3 mm oder mehr schwankt, dient eine gefaltete oder gewellte Scheibe von
o,io bis o,r5 mm Dicke als Feder.
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Es ist ebenfalls bekannt, die Ventilplatten allein durch das Zurückströmen
eines sehr geringen Teils des verdichteten Gases auf ihren Sitz zurückzuführen.
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Alle diese Vorschläge sind jedoch mehr oder weniger ungeeignet, wenn
es sich um Verdichter mit hohen Arbeitsgeschwindigkeiten handelt.
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Bei der Rückführung durch Schraubenfedern treten zuweilen Brüche sowohl
bei den Ventilplatten als auch bei den Federn auf. Bei gestanzten Ventilplatten
treten Brüche an gewissen: Stellen .der ausgestanzten Form auf.
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Bei sehr dünnen Ventilplatten ist .die gefaltete oder gewellte Federscheibe
in. ihrem gefalteten oder gewellten Teil der Bruchgefahr ausgesetzt. Außerdem kommt
der Druck nicht gleichmäßig auf ,der ganzen Fläche des Ventils, sondern nur an gewissen
Stellen zur Wirkung, deren Verschleiß dadurch beschleunigt wird.
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Bei .der Rückführung .durch Rückdruck des ver-.dichteten Gases ergibt
sich der Nachteil, daß eine, wenn auch sehr geringe, Rückströmung des Gases stattfindet.
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Es sind auch schon Plattenventile bekannt, deren Sitz vollständig
magnetisch ist. Bei diesen sind jedoch die Ventilplatten verhältnismäßig schwer
und daher ungeeignet für Verdichter mit hohen Betriebsdrehzahlen.
Ein
Plattenventil gemäß der Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, .daß dessen Sitz
aus nichtmagnetischem Material besteht, in welchem Magnetkörper versenkt eingesetzt
und gleichmäßig verteilt sind, und daß die Ventilplatte aus sehr dünnem paramagnetischem
Material besteht.
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Diese Anziehung, .die viel weniger hart wirkt als der Schlag einer
Feder, kommt gleichmäßig auf der ganzen Oberfläche des Ventils mit einer dem Cewicht
des.sielben proportionalen Kraft zur Auswirkung.
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Die magnetische Rückführung kann mit einer Rückdruckwirkung des verdichteten
Gases oder mit einer Rückfederung durch eine nur leicht gefaltete oder gewellte
Scheibe kombiniert werden, .die an sich nur zum Dämpfen des rückwärtigen Aufschlages,der
Ventilplatte dient.
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Die Erfindung kann ferner ganz oder teilweise die im nachfolgenden
beschriebenen Merkmale aufweisen, die einzeln oder in beliebigen Kombinationen vorhanden
sein können: i. Die Magnetisierüng wird,dureh Einsetzen von Pfropfen, Ringen, oder
Körpern von anderer geegneter Farm aus permanentmagnetischem Metall in einen Ventilsitz
erzielt, die in zweckmäßiger Weise mit Bezug auf :die Ventilplatte oder die Ventilplatten
verteilt sind.
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Der Ventilsitz besteht aus einem nichtmagnetischen Metall von geringerer
Härte als das der Ventilplatten.
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2. Die Pfropfenkränze oder -ringe sind regelmäßig über die Oberfläche
des Sitzes verteilt, so .daß benachbarte Nord- und Südpole entstehen, wodurch in
ihrer Nähe das magnetische Kraftfeld verstärkt wird. Dies kann dadurch geschehen,
.daß die unteren Endender Pfropfen magnetisch leitend verbunden werden.
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3. Die Ventilplatte kann aus zwei oder mehreren übereinanderliegende4i
Ringen von gleicher Größe bestehen, .deren Stärke gleich oder verschieden sein kann.
Dies ermöglicht zusammen mit der Ölschicht zwischen den Ringen eine Dämpfur ,der
Schläge der Ventilplattem auf :den Sitz und auf den rückwärtigen Anschlag.
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q,. Die Ventile können in eine Anzahl unabhängiger Ventilplatten unterteilt
werden, beispielsweise in mehrere bonzentrisch zueinander angeordnete ringförmige
oder rechteckige parallel angeordnete Ventilplatten.
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5. Die Stärke des oder der Vontillplatten beträgt weniger als o,iomm,
so daß die Massenträgheit .derselben praktisch vernachlässigt werden kann, was eine
sehr rasche Rückführung der Ventilplatten auf ihren Sitz zur Folge hat und damit
eine beträchtliche Erhöhung der Drehzahl des Verdichters ad: dgl. ermöglicht.
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6. Es wird zwischen der Ventilplatte und dem rückwärtigen Anschlag
zur Dämpfung .des Aufschlages, -der Platte und zur Anfangsbeschleunigung der Platte
in Richtung zum Ventilsitz eine Scheibe von gleicher Größe wie die Ventilplatte
vorgesehen, die an mehreren Stellen ihres Umfanges leicht gewellt ist. Eine zweite
gewellte Scheibe kann vor allem dann vorgesehen werden, wenn der Hub der Ventilplatte
größer ist als der normale Hub, oder aus anderen Gründen, beispielsweise bei einer
außerordentlich hohen, Drehzahl des Verdichters.
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In diesem Fall sind die beiden gewellten Scheiben. voneinander durch
eine flache Scheibe vom gleicher Größe .getrennt.
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Die vorerwähnten Scheiben bestehen vorzugsweise .aus einem Metall,
das weniger hart als das des rückwärtigen Anschlages ist.
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7. Der Sitz wird nach -dem Einsetzen der Magnetkörper bearbeitet,
.damit die gesamte Oberfläche völlig eben ist.
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Es ist dagegen nicht erforderlich, die Auflagefläche der Ventilplatte
selbst völlig eben zu bearbeiten, wend dies beim Ventilsitz und Gien Magnetkörpern
geschehen ist, da nach einer Betriebsdauervon etwa 3 bis 4 Tagen eine gewisse Abflachung
der Auflagefläche der Ventilplatte eintritt, die sich dem Teil des Sitzes anpaßt,
auf dem sie aufschlägt, so daß eine vollkommene Abdichtung erzielt wird.
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B. Statt einer geringen Anzahl kreisrunder Öffnungen für .den Gasdurchtritt
wird eine große Anzahl Bohrungen von sehr geringem Durchmesser, .die in einem oder
mehreren Kränzen angeordnet sind, vorgesehen.
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g. Die sich :durch ;die im Ventil vorgesehenen Bohrurigen erstreckenden
Führungsstangen können weggelassen werden, wobei die Ventilpl.ätte.ndann mit einem
sehr geringen Teil ihrer Fläche, und zwar mindestens an einem Punkt an beliebiger
Stelle der Oberfläche.derselben zwischen dem Ventilsitz und .dem Anschlag geführt
werden.
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io. Die Magnetkörper sind sternförmig angeordnet.
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Die vorgeschriebenen sowie weitere Ausführungsformen und Merkmale
sind im nachstehenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
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Abb. i und 2 zeigen Ansichten in einem senkrechten Axialschnitt und
irf Draufsicht eines Ventils gemäß der Erfindung; Abb. 3 und q. zeigen eine andere
Ausführungsform, bei welcher die Magnetkörper ringförmig angeordnet sind; Abb. 5
und 6 zeigen ähnliche Ansichten einer weiteren Ausführuggsform,der Erfindung, und
Abb. 7 zeigt in' Schnitt die Anordnung der M.agnetIcörper der Ausführungsform nach
Abb. 5 und 6; Abb. B. zeigt die Anordnung der Magnetkörper in Sternform; Abb. g
ist ein senkrechter Axialschnitt, der die Anordnung einer Mehrzahl von Ringplattenventilen
zeigt; Abb. io ist ein senkrechter Axiad.schnitt, der die Anordnung einer Mehrzahl
von rechteckigen Ventilplatten zeigt; Abb. ii zeigt eine Draufsicht des, Ventilsitzes
P2 der Vorrichtung nach Abb. io, und Abb. 12 zeigt eine Ansicht des Deckels D2 der
gleichen Vorrichtung von unten;
Abb. 13 und 1q. zeigen in Perspektive
und Draufsicht eine Anordnung mit besonders dünnen Ringpl:attenventilen. und gewellten
Ringscheiben; Abb. 15, 16,17 zeigen in einem senkrechtenAxialschnitt und in Draufsicht
(auf den, Sitz bzw. auf die Ventilplatte) eine erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher
das Durchströmen der Gase durch eine sehr große Zahl von Öffnungen geschieht; Abb.
18 zeigt eine Ansicht im Schnitt einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der
Erfindung, bei welcher die Führung der Ventilplatte durch stellenweises Festhalten
geschieht; Abb. 19 und 20 zeigen Teilansichten. .des Ventilsitzes und der
zugehörigen Ventilplatte in Drauf-Sicht.
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In dem in Abb. i und a dargestellten Ausführungsbeispiel, befindet
sich über dem Boden des Kolbens i eine Ventilplatte 2 aus magnetis.ierharem Metall,
die in Form einer Ringplatte ausgebildet ist, welche zwischen ihrem durch die Rippen
d. gebildeten Sitz, zwischen welchen die Öffnungen. 5 münden, und einem oberen,
fest mit dem Kolbenboden verbundenen Anschlag 3 beweglich ist. Die Magnetisierung
geschieht mittels der pfropfenförmigen Magnetkörper 6 und 6', wobei die mit 6 bezeichneten
außerhalb und die mit 6' bezeichneten innerhalb des ringförmigen, durch die Rippen
,4 gebildeten Sitzes angeordnet sind. Die Rippen d, sind so angeordnet, daßs .die
magnetische Anziehung gleichmäßig über den Umfang des Ringplattenventils verteilt
ist, so daß -die auf dieses ausgeübte resultierende Kraft im wesentlichen in Richtung
der Achse wirksam wird. Die Größe des Ringplattenventils 2 ist hierbei so bemessen,
daß dieses, wie in Fig. i mit gestrichelten Linien dargestellt, nach außen und innen
über seinen Sitz hinausragt.
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Die Arbeitsweise -des in der beschriebenen Weise angeordneten Ventils.
ist wie folgt: Während, der ganzen. Dauer der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das
Ringplattenventil 2 durch das durchströmende Gas in seiner angehobenen Lage gehalten.
Da es jedoch ständig unter der Einwirkung seines m@agnetisierbaren: Sitzes steht,
tritt der Verschluß in dem Augenblick ein, in dem der Kalben den unteren Totpunkt
erreicht hat.
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Während des Verdrängungshubes des Kolbens wird das Ringplattenventil2
-durch magnetische _\nziehunig auf seinem Sitz gehalten.
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Wie ersichtlich, befinden sich die im. oberen Teil der Anschläge vorgesehenen
Austrittsöffnurngen unmittelbar oberhalb jeder Ringplatte. Bei dieser Anordnung
wird, sobald der Durchfluß von Gas aufhört und die Platte auf ihrem Sitz zur Auflage
kommt, ihre Abwärtsbewegung in einem gewissen Grad durch den Rückdruck des Gases
beschleunigt.
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Beim Aufschlagen des Ventils 2 auf den Anschlag wird der Schlag stark
durch die Beschaffenheit des nichtmagnetischen Metalls, aus dem dieser besteht,
gedämpft.
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Um diesen Schlag noch wirksamer abzudämpfen, kann,die Oberfläche dieser
Anschläge, wenn sie aus Bronze bestehen, mit einem Weichmetall, beispielsweise,
Zinn, überzogen werden. Was 4m Ventilsitz selbst betrifft, so kann dieser
durch galvanische Verzinnung oder mittels eines beliebigen anderen Verfahrens einen.
Überzug aus einem Metall erhalten, das weniger hart ist als der magnetisierte Stahl.
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Durch eine solche Behandlung wird die Gefahr ,eines Bruches der Ventilpfa.tten
fast völlig a.usgeschaltet.
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Nach einer anderen Ausführungsform können die pfropfenförmigen Magnetkörper6
zwischen die Öffnungen 5 für den Durchtritt des Gases angeordnet werden. Sie können.
jedoch auch in Form von magnetisierten Ringen oder Kränzen, die vorzugsweise in
mehrere Sektoren unterteilt sind, ausgebildet werden.
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Die Führung der Ringplatten ventile kann. :durch das Mittelteil 3a
(A.bb.2). oder durch Führungsstücke, wie mit 8 in Abb. 5 gekennzeichnet, geschehen,
wobei sie in entsprechender Form ausgestanzt sein können. Die Pfropfen oder Magnetkörper
können in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise durch Einschrauben oder Einpassen.,
einsgesetzt «-erden.
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Bei dem in den Abb. 5, 6 und 7 dargestellt= Ausführungsbeispiel wird
-dass Ringplattenventil6 aus seiner Anlage am Anschlag 5 zum Boden des Kolbens 4
durch die Magnetkörper r, 2 angezogen. die miteinander paarweisse durch Bügel 3
verbunden sind, so,daß, wie dargestellt, Pole entstehen.
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Diese Anordnung gewährleistet eine bessere Konzentration des magnetischen.
Feldes und damit eine wirksamere Rückführung des Ringplattenventils auf seinen.
Sitz.
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Bei der in Abb.8 .dargestellten sternförmigen Anordnung der- Magnetkörper
befindet sich der der Anziehung ausgesetzte Umfangsteil des Ringplattenventils unmittelbar
über den Nord- und Südpolen. Durch diese Anordnung läßt sich eine maximale Riickhofgeschwindigkeit
des Ringplattenventils auf seinem Sitz erzielen.
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Die jeweilige Lage der Pole ist durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet.
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Bei der in Abb. 9 dargestellten Ausführungsform besteht die Vorrichtung
aus einer Platte P1 und einem Anschlag Dl, zwischen «-elchen vier Ringplattenventile
5, 6, 7, 8 in konzentrischer Form angeordnet sind. Diese Ringplatten liegen auf
ebenfalls ringförmigen Sitzenr auf, zwischen welchen die Gasdurchtrittsöffnungen
herausgearbeitet sind.
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Das Rückhoden. .dieser Ringplatten geschieht durch zwei Magnetkörper
Al, die zwischen den Ringplatten 5 und. 6 bzw. zwischen Gien Ringplatten 7 und 8
;angeordnet sind.
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In,dieser Platte P1 sind die in Abb. 9 sichtbaren kreisförmigen, in
Kränzen angeordneten Durchtrittsöffnungen C für das Gas vorgesehen" denen das Gas
durch Öffnungen zugeführt wird, die entweder von kreisförmigem oder von sichelförmigem
Querschnitt und voneinander durch volle Wandteile getrennt sind, die die Stefigkeit
der Platte, gewährleisten. Hierbei kan:n..die ganze Oberfläche der Platte entweder
nur mit kreisförmigen Lochungen oder nur mit Schlitzen versehen sein oder auch eine
Kombilnation
der beiden aufweisen oder ganz oder teilweise durch andere Lochungen; von beliebiger
Gestalt ersetzt werden.
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Bei der in den Abb. i o, il, 12 dargestellten Ausführungsform haben
,die Ventilplatten dagegen die Form rechteckiger, nebeneinander angeordneter Plättchen
1q., 15. Diese Plättchen bewegen sich zwischen der Platte P2 und dem Anschlag D2.
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Die Platte P2 ist mit Sitzen 32 ausgebildet, in welchen die Gasdurehtrittsöffnungen
zog Beispiels; weise von rechteckigem Querschnitt und im -wesentlichen der Form
der Ventilplatten entsprechend herausgearbeitet sind. Eine Anzahl Magnetkörper sind
in Form von rechteckigen Stäben A2 in der Platte P9 zwischen den Ventilsitzen versenkt
angeordnet, Die Ventilplatten können auch sichelförmig oder als ringförmige .ununterbrochene
Kränze oder auch in irgendeiner arideren Form -ausgebildet sein, die, wenn, iln
größerer Anzahl vorgesehen; einen großen Teil der zur Verfügung stehendem Fläche
einnehmen, jedoch unter Beibehaltung verhältnismäßig geringer A#bmessungen:der Platten
und einer Stärke von etwa o,2 bis 0,3 mm, so daß ihre Massenträgheit saufeinem
Mindestmaß gehalten wird. Wenn es sich um Ventilplatten in Form von Kränzen, Lamellen
oder Sicheln handelt, läßt sich ihre gleichartige Arbeitsweise wie folgt zusammenfassen:
Die durch die ,Öffnungen ih, 11, 12 oder zog der Platte eintretenden Gase heben
die Ventilplatten an und umströmen ihre Ränder, um dann durch hie Öffnungen 22 unmittelbar
über den, einzelnen Ventilplatten auszutreten.
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Sodann werden die. Ventilplatten durch Ga-srückdruck und durch magnetische
Anziehung oder durch eine von diesein beiden Einwirkungen auf ihre Sitze zurückgebracht.
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Die rechteckigen Öffnungen zog können,durch in einer Linie angeordnete
Bohrungen ersetzt werden. Diese Konstruktion ist einfacher und billiger.
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Der Durchmesser dieser Löcher kann zwischen 3,5 und 5 mm liegen, wobei
diese Zahlen nur beispielsweise gegeben .sind. Hierbei: können Lamellen von o,z
mm Stärke verwendet upd zwei oder drei Lamellen übereinander angeordnet sein. Bei
solcher Ausbildung .sind dite Ventilplatten trotz etwas gleicher mechanischer Festigkeit
wegen des zwischen die einzelnen Lamellen eingedrungenen Öls geschmendiger, sie
arbeiten dann wie Dämpfung:sscheiben.
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Das in Abb. 13 dargestellte Rimgplattenventii besteht aus einer Ventilplatte
i, die .durch gewellte Ringscheiben 2 und q., welch letztere durch die flache Ringscheibe
3 getrennt sind, geschützt ist.
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Die Abmessungen dieser vier Ringscheiben. sind in, der Draufsicht
vorzugsweise gleich.
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Die Ringscheiben 2i und 4 dämpfen den. Stoß auf .den Anschlag, vor
allem, wenn es sich um rasche Schläge handelt, und beschleunigen die Abwärts-Bewegung
des Ventils. Es ist nicht immer notwendig, zwei Ringscheiben zu verwenden, ihre
Verwendung ist jedoch vorteilhaft bei einem größeren Hub der Ringscheiben als .dem
normalen. j Es kann auch eine dünne Ringscheibe aus einem weniger harten Metall
als der Anschlag vorgesehen werden, beispielsweise aus Aluminium oder seinen Legierungen,
die unmittelbar unterhalb des Anschlages angeordnet ist und den senkrechten Aufschlag
derVentilplatte oder der gewähltenRngscheibe dämpft.
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):-zs körgzen vier, acht oder eine andere Zahl von Wellungen 5 vorgesehen
werden, vorausgesetzt"daß diese Wellungen regelmäßig verteilt sind.
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Wie Abb. 14 zeigt, kann das Ringplattenventnl auch .aus zwei konzentrischen
Ringscheiben bestehen. Seine Ausführung ist die gleiche.
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Die Abdichtung bei Ventilplatten von sehr geringer Stärke ist unbefriedigend,
wenn sie auf erhabenen Sitzen zur Auflage kommen.
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Gemäß der Erfindung kann als Sitz auch eine sehr große Anzahl von
Bohrungen von geringem Durchmesser, beispielsweise 1,5 bis 4 mm, in einer nichtmagnetischen
Sitzfläche, in welche die Magnetkörper eingelassen sind; vorgesehen werden, in welchem
Fall die gesamte Fläche mit größter Sorgfalt völlig eben nachbearbeitet wird. -Bei
dieser Anordnung bedeckt das Ringplattenventil nur sehr kleine freie Räume, .die
von den Öffnüngqn,der Bohrungen gebildet werden, und liegt flach auf der ganzen
Fläche auf, so @daß die Ermüdung,des Metalls nahezu gleich null -st und für das:
Ringplattenventil extrem dünnes Metall werwendet werden kann..
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Das Metall erfährt trotz seiner geringen Stärke keine Verformung,
während sich eine vollkommene Ab:diehtung durch seine innige Berührung mit der eben
bearbeiteten Fläche, auf welche sie von den Magnetkörpern angezogen wird, erzielen,
läßt.
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Die in den Abb: 15, 16 Und 17 dargestellte Ausführungsform zeigt eine
im; der beschriebenen; Weise mit einer sehr großem. Zahl von; Bohrungen 6 mit kleinem
Durchmesser versehenen Sitzfläche.
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Die Magnetkörper sind mit 7 bezeichnet, wobei ,die jeweilige Lage
der Nord- und Südpole ,durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet ist, während
die Bohrungen B zur Aufnahme der nicht Bargestellton Führungstangen der Ringplattenventile
bestimmt,sind.
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Die unteren Pole der Magneten 7- sind .durch eine Ringscheibe aus
Weicheisen; g von geringer Stärke verbunden und durch Sehweißen oder auf andere
Weise mit dem Sitz fest verbunden.
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Die Abb. 18, ig und 2o zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei welschem
die Führungsstangen oder andere Führungselemente weggelassen sind.
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In diesen Abbildungen ist ersichtlich, daß ein schmaler Wulst 22 am
.unteren Teil des Anschlages ausgebildet ist, der mit zwei Bohrungen 2o und 21 für
das Hindurchführen von zwei Stiften oder Kopfschrauben 12 versehen ist.
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Die Ri%aplattenventile haben bei i9@ und 2o Ausbuchtungen, deren Rundungen
sich genau dem glatten Teil ;der Bolzen anpassen.
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Durch ein kräftiges Anziehen der Kopfschrauben 12 od. dgl. wird nur
ein sehr kleiner Teil des Umfangs der Ringplattenventile festgehalten.
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diese Ringplatten sehr dünn sind, d. h. eine Stärke von o,i mm oder weniger haben,
können ,sie schon in einem geringen Abstand von dem Wulst 22 angehoben werden und:
die Öffnungen für den: Durchtritt von Gas freigeben.
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DerDurchtrittsquerschnitt ist somit nur um einen geringen Betrag vermindert.
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Die Arbeitsweise dieses Ventils ist dieselbe wie bei den im vorangehenden
beschriebenen Vorrichtungen. Das verdichtete Gas hebt nachdem Durchströmen .der
Öffnungen in den Sitzen die Ventilplatte an. Ein Teil umströmt den Anschlag außen,
während der Rest durch die für diesen Zweck in dessen oberem Teil vorgesehenen Bohrungen
higidurchströmen kann.
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Sobald der Kolben seinen Abwärtshub beginnt, wird das Ringplattenventil!
auf seinen Sitz gedrückt, wobei diese Bewegung aus den: folg, nd@en :Gründen mit
großer Schnelligkeit vor sich geht: i. Infolge des sehrgeringen Gewichtes des Ringplattenventils,
dessen Massenträgheit daher geringfügig ist, 2. infolge der Anziehung durch eine
Reihe vorn Magnetkörpern, deren Kraft ausreicht, das Vielhundertfache des Gewichtes
des Ventils zu tragen.
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Die verwendete magnetische Kraft hängt jedoch vom Gewicht des Ventils
ab, dessen Anziehung um so rascher vor sich geht, je leichter es ist.
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Wegen der sehr geringen. Massenträgheit der inneren Ringplatte kann
man dieser einen größeren Hub bei gleicher Anziehungsgeschwindigkeit geben. Bei
einer solchen Anordnuing ist der Durchtrittsquerschnitt für das Gas vergrößert.
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Die magnetische Anziehung kann sowohl für Ventile auf der Ansauge-
als auch .der Druckseite von Luft- bzw. Gasverdichtern Anwendung finden.