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Durch das Betriebsmittel gesteuertes Ventil für Kolbenkraftmaschinen
für unter Druck stehende gas- oder dampfförmige Betriebsstoffe Es sind Kolbenkraftmasch.inen
für unter Druck stehende gas- oder dampfförmige Betriebsstoffe bekannt, .die durch
Ventile gesteuert werden, welche vom Betriebsmittel selbst während ,des Arbeitsganges
geöffnet, geschlossen und auch geregelt werden. Das nachstehend beschriebene neue
Ventil zeigt eine verbesserte Ausführung für diese Zwecke, und kann sowohl als Einlaßventil
als auch als Auslaßventil verwendet werden, wogegen früher für jede dieser Aufgaben
Sonderkonstruktionen erforderlich waren. Solche Ventile müssen mit geringster Masse
und für kleinen Hub ausgebildet werden, damit sie auch bei hoher Drehzahl verwendet
werden können. Außerdem dürfen sie keinen großen Strömungswiderstand besitzen.
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Bei dem neuen Ventil wird .deshalb erfindungsgemäß der Ventilkörper
becherförmig ausgebildet und auf einem kolbenartigen Zapfen geführt, wobei eine
den Ventilkörper umfassende, an einem Kragen des Ventilkörpers angreifende Feder
eine auf öffnumg ,des Ventils wirkende Kraft ausübt, die zeitweilig von dem zwischen
dem Ventil und dem Führungszapfen (Ventilraum) befindlichen Betriebsmittel unterstützt
oder überwunden wird.
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Bei Verwendung eines solchen Ventils als Einlaßventil, welches am
Zylinderende angebracht werden muß, erfolgt die Öffnung in bekannter Weise durch
die Kompression oder.durch andere Maßnahmen, und das Offerihalten während der Füllungsperiode
wird durch ,die Feder und den im Ventilraum befindlichen Druckunterschied ,des Betriebsmittels
gegenüber dem vollen Eintrittsdruck erreicht. Der Schluß idesEinlaßventils geschieht
durch die beim Durchströmen .des Betriebsmittels im Ventilspalt entstehende Drosselung,
sobald .der Druckunterschied größer ist als ..die aufÖffnung wirkenden
Kräfte.
Dieser Druckunterschied wird in an sich bekannter Weise je nach der Füllung durch
Regelung des durch den Ringspalt zwischen Ventil und Führung abströmenden geringen
Teils des Betriebsmittels erzielt.
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Als Auslaßventil wird das Ventil je nach dem Gegendruck und der erforderlichen
Kompression hinter einer vom Kolben überfahrenen Öffnung der Zylinderlauffläche
angeordnet und im bestimmten Abstand vom Hubende angebracht. Für die Auslaßperiode
wird das Ventil durch :die Feder geöffnet, so daß das Betriebsmittel austreten kann,
und es bleibt so lange geöffnet, bis der im schädlichen Raum :durch die KomprE ssion
des Betriebsmittels entstandene Überdruck nach dem Ventilraum durch eine Leitung
übertragen ist, welche die auf Öffnung wirkende Federkraft überwindet und .das Ventil
schließt und während der übrigen Arbeitsperioden geschlossen hält.
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In der Zeichnung ist in Fig. i ein solches Einheitsventil A dargestellt.
Der becherförmige'Ventilkörper ist mit i, der Kragen mit i' und der kolbenförmige
Führungszapfen mit 2 bezeichnet. 3 ist das Gehäuse des Ventils mit .dem Ventilsitz
4., 5 die auf Öffnung wirkende Feder, 6 der Ventilraum zwischen Ventilkörper und
Führungskolben, 7 sind die Durchtrittsöffnungen für das Betriebsmittel, 8 ist :der
;Anschluß einer Verbindungsleitung, und 9 sind Beilagen zur Veränderung des Ventilhubes.
Durch den Spalt zwischen Ventilkörper i und Führungszapfen 2 tritt je nach dem Betriebszweck
ein kleiner Bruchteil des Betriebsmittels aus dem Betriebsmitteleinlaßgehäuse der
Maschine in den Ventilraum 6; es kann auch eine kleine Bohrung io vorgesehen sein,
durch die etwas Betriebsmittel abströmt, falls die durch den Spalt abströmende Betriebsmittelmenge
für die Regelung zu klein ist.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie a-b in Fig. i durch das
Ventilgehäuse 3 mit den Durchtrittsöffnungen 7. Von solchen Ventilen können zweckmäßigerweise
mehrere als Einlaß- und Auslaßventile für jede Zylinderseite verwendet werden; sie
können daher in Massenfabrikation hergestellt und auf Lager gehalten werden, wodurch
ihre Herstellung verbilligt wird und damit die ganze Aufgabe einer Verbilligung
der Kraftmaschine durch den Wegfall der zwangsläufig betätigten Steuerorgane mit
ihren Teilen noch weiter gefördert wird.
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In Fig. 3 ist schematisch ein doppeltwirkender Arbeitszylinder B mit
den erforderlichen Einlaß-und Auslaßventilen A und A' dargestellt. An Hand dieser
Skizze sei auch gleichzeitig die Wirkungsweise des Ventils nach der Erfindung in
seiner .doppelten Anwendungsform beschrieben. Zur Verringerung der Einzelmasse sind
bei dem dargestellten Arbeitszylinder mehrere Einlaßventile A im Deckel i i oder
an der anderen Zylinderseite in einem Ringwulst 12 dargestellt. Der Arbeitszylinder
ist mit Hauptauslaßschlitzen 13 versehen, ,die von dem Kolben 14 gesteuert werden.
Die Ventile A' können ebenfalls in ringförmigen oder ,halbringförmigen Wulsten 15
hinter Iden kolbengesteuerten Schlitzen 16 angebracht sein. Die Auslaßwülste 15
sind durch Leitungen 17 und 17' mit dem Betriebsmittelaustritt 18 verbunden.
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Die Einlaßventile A werden im dargestellten linken Totpunkt durch
die Feder 5 und das im Zylinder komprimierte Betriebsmittel geöffnet. Durch den
Spalt 4 zwischen Ventilkörper i und Führungszapfen 2 tritt etwas Betriebsmittel
aus dem Einlaßgehäuse i2 in den Ventilraum 6 des Ventils A. Durch die fortschreitende
Kolbenbewegung wird in bekannter Weise ein Spannungsabfall des Betriebsmittels im
Ventilspalt zwischen Ventilkörper i und Ventilsitz 4 hervorgerufen, und wenn dieser
so groß ist, daß der Druck im Ventilraum 6 den Federdruck und den auf .der Zylinderseite
auf das Ventil i wirkenden Treibmitteldruck übersteigt, schließt das Ventil. Im
vorliegenden Beispiel ist der kolbenförmige Führungszapfen 2 in das Ventilgehäuse
3 eingeschraubt, er kann aber ebensogut durch Flansch und Schrauben mit d;.m Gehäuse
3 verbunden werden. Durch Änderung !der Stärke der Zwischenlagen g läßt sich der
Hub der Ventile verstellen. Bei den Auslaßventilen kann man größeren Hub zulassen,
da für das Öffnen und Schließen größere Zeiträume zur Verfügung stehen.
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Durch Änderung des Druckes :bzw. durch Änderung der Abflußmenge .aus
dem Ventilraum durch Leitungen 8 und 2o nach .dem Sammelraum 21 und Regeleinrichtung
22 kann der Druck in den Ventilräumen 6 unter Berücksichtigung des Federdruckes
und der Zylinderfüllung verändert werden. Alle Einlußventile A können auf diese
Weise gemeinschaftlich, wie bekannt, geregelt werden.
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Um den Abströmverlust im Ventilraum 6 niedrigzuhalten und ein leichtes
Gleiten des Ventils auf dem Führungszapfen zu ermöglichen, sind Rillen vorgesehen,
.die als Labyrinthdichtung wirken und ein Festkleben des Ventils durch Öl verhindern
sollen.
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Werden die-gleichen Ventile als Auslaßventile benutzt, so werden sie
je nach dem Betriebsdruck und Gegendruck zur Erzielung ausreichender Kompression
ein bestimmtes Maß, beispielsweise 2o'/o-, vom Hubende entfernt angebracht, und
zwar außerhalb der vom Kolben 14 Überfahrenen Auslaßschlitze 16. Während der Auslaßperiode
stehen ,die Ventile A' unter dem Einfluß der Feder 5 offen, und der Betriebsmittelrest
entweicht beim Kolbenrückgang, nachdem der Hauptteil bei den in F.ig. 3 dargestellten
Hauptauslaßschlitzen 13 entwichen ist. Wenn der Kolben 14 die Schlitze 16 überfahren
hat, setzt die Kompression ein, und ,diese ruft eine Drucksteigerung des Betriebsmittels
im Zylinder hervor. Nun ist der Ventilraum 6 des Ventils A' mit dem schädlichen
Raum ig der gleichen Zylinderseite durch Leitung 18 verbunden. Sobald der Kompressionsdruck
den Druck der Feder 5 übersteigt, schließt sich .allmählich ,das Ventil; es bleibt
während der Füllung und während der Expansion unter dem Einfluß dieser Überwiegenden
Kräfte geschlossen. Erst wenn durch die Hauptausl.aßschlitze 13 das Betriebsmittel
austritt und dadurch der Druck plötzlich auf den Gegendruck absinkt, öffnet sich
das Ventil A' unter dem Einfluß der Feder und läßt
noch beim- Kolbenrückgang
.das im Zylinder befindliche Betriebsmittel entweichen.
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Bei einem schlitzgesteuerten Hauptauslaß sind nur wenige Ventile A'
erforderlich, und die Federkraft kann auch schwach sein. Ist jedoch kein Hauptauslaß
vorhanden, dann muß .die Zahl der Auslaßventile zur Querschnittsvengrößerung vermehrt
werden, und außerdem muß ihre Federkraft so stark sein, daß schon @in der Nähe des
Endes der Expansion @die Feder die Ventile gegen ,den noch im Zylinder herrschenden
Druck öffnet, damit das gesamte Betriebsmittel ,durch die Ventile A' aus dem Arbeitszylinder
entweichen kann.
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Die Verbindung von Federdruck und Betriebsmitteldruck im Ventilraum
6 zur Steuerung solcher Ventile besitzt eine Reihe von Vorteilen, welche die an
sich bekannte Anwendung jeder :dieser Maßnahmen. für sich nicht hat, so sind z.
B. alle Ventile beim Anlassen ohne äußeren Eingriff in Betriebsbereitschaft, weiter
können für Ein- und Auslaß die gleichen Ventile benutzt werden, da zum Erreichen
der erforderlichen Ouerschnitte die Zahl und Ventilhübe der Ventile den Verhältnissen
angepaßt werden können. Für die Auslaßventile sind, wie schon gesagt, große Ventilhübe
zulässig.