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Saug- und Druckventil für Kolbenkompressoren Die Erfindung betrifft
ein Saug- und Druckventil für Kolbenkompressoren mit einer am Kopfende des Zylinders
vorgesehenen, aus mindestens drei mit als konzentrische, kreisbogenförnüge Schlitze
ausgebildeten Durchlässen versehenen, aufeinanderliegenden Scheiben zusammengesetzten
Ventilsitzplatte sowie je einem auf beiden Seiten der Ventilsitzplatte angeordneten,
an ihr zentral befestigten, scheibenförmigen, die entsprechenden Durchlässe verschließenden
Saug-bzw. Druckventilverschlußstücke.
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Normalerweise sind bei Kompressoren die Ventileinheiten zwischen dem
Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnet. Diese Ventileinheiten werden von
einer großen Anzahl von Bolzenöffnungen durchzogen, und beide Seiten der Ventileinheit
erfordern eine sorgfältige Bearbeitung, um zweckentsprechende Dichtflächen auf ihren
beiden Seiten zu erreichen. Bekannte Ventileinheiten müssen an beiden Seiten sowohl
an der Fuge zum Zylinderkopf als auch an der Unterseite zum Zylindergehäuse mit
Dichtungspakkungen versehen werden. Da durch Schäden am Dichtungsmaterial Störungen
entstehen können, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Ventileinheit mit nur
einer einzigen Dichtseite zu schaffen.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Ventileinheiten liegt darin, daß der
Weg des angesaugten Strömungsmittels wie auch der Weg des komprimierten Strömungsmittels
durch Umlenkungen und Einengungen behindert wird, wobei das Strömungsmittel bei
üblichen Bauweisen auf seinem Weg aus dem Zylinder heraus mindestens zweimal umgekehrt
wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine konstruktiv möglichst
einfache Ventileinheit zu schaffen, bei der das Strömungsmittel auf seinem Weg nicht
behindert wird und die außerdem nicht durch Bolzenöffnungen durchzogen wird und
sowohl die Saug- als auch die Druckventile umfaßt.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß bei Anordnung eines
koaxialen, zylindrischen Erweiterungsraumes am kopfseitigen Ende des Zylinders,
in den das Ende der Laufbüchse unter Bildung eines mit der Saugleitung des Kompressors
verbundenen Ringraumes hineinragt, die Ventilsitzplatte kreisförmig und in den zylindrischen
Erweiterungsraum dicht passend ausgebildet ist und durch an sich bereits bekannte,
federnde Mittel vom Zylinderkopf aus mediumdicht gegen das stirnseitige Ende der
Laufbüchse gedrückt wird.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
sind die konzentrischen, kreisbogenförmigen Schlitze in Gestalt dreier unterbrochener
konzentrischer Ringe angeordnet, wobei die Schlitze des inneren Ringes alle drei
Scheiben durchdringen, während die Schlitze des mittleren und äußeren Ringes nur
die beiden dem Zylinderinnenraum zugewandten Scheiben durchdringen und wobei ferner
innerhalb der mittleren Scheibe jeweils eine Verbindung zwischen einem von je einem
der Schlitze des äußeren und mittleren Ringes gebildeten Schlitzpaar besteht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung
mit den Ansprüchen. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß
ausgebildete Ventilanordnung, Fig. 2 eine Ansicht der Ventilsitzplatte mit einem
Ausschnitt, um die innere Konstruktion der Platte zu zeigen, Fig. 3 eine Draufsicht
auf das Druckventil, Fig. 4 eine Draufsicht auf das Saugventil, Fig. 5 eine Draufsicht
auf die Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung des Druckventils und Fig.6 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung zum Festhalten der Ventilanordnung.
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In Fig. 1 ist ein Teil des Kopfabschnittes eines Kolbenkompressors
gezeigt, der die erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinheit aufweist. Der Zylinderraum
ist
mit 2 bezeichnet und durch die Laufbüchse 3 begrenzt, die eine
erste Schulter 4 und eine zweite Schulter 5 aufweist, die in axialem Abstand
voneinander angeordnet sind. Die erste Schulter ist wesentlich breiter als die zweite
Schulter, und in ihrem Bereich ist ein Ringraum 6 vorgesehen, der in Verbindung
mit einer Saugquelle für das Gas steht, das in den Zylinder gesaugt und in ihm komprimiert
werden soll. Von der ersten Schulter 4 aus erstreckt sich ein Zylinderflansch
7. Oberhalb des Zylinders ist ein Teil eines Zylinderkopfes 8 gezeigt. Der
Zylinderkopf kann als einzelner Zylinderkopf ausgebildet sein, wie er im allgemeinen
benutzt wird; indem ein Gußstück an den Kompressorblock mit Hilfe von Bolzen befestigt
ist, oder die Konstruktion kann bei einer bevorzugten Ausführungsform die. den Zylinder
umgebende Hülle sein.
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Auf der ersten Schulter ist eine Ventileinheit 10 angeordnet,
die in ihrer Stellung durch ein Federglied 11 gehalten wird, das zwischen
der Ventileinheit 10
und dem Zylinderkopfglied 8 eingespannt ist. Andere Arten
von Vorrichtungen zum Halten der Ventileinheit können benutzt werden, z. B. wird
die Anwendung eines Spreng- oder Expansionsringes, der in einer ringförmigen Aussparung
in dem Flansch 7 verblockt ist, in ähnlicher Weise wirken, indem die Ventileinheit
ebenfalls in der in Fig. 1 gezeigten Stellung festgehalten wird.
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Die in Fig. 1 gezeigte Ventileinheit 10 weist eine Ventilsitzplatte
12 auf, die genauer in Fig. 2 dargestellt ist. Mit dieser Ventilsitzplatte sind
ein Druckventil 13 und ein Saugventil 14 und außerdem eine Vorrichtung
15 zur Begrenzung der Ventilbewegung verbunden, wobei alle diese Teile an
der Ventilsitzplatte mittels eines Nietes 16 befestigt sind.
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In Fig. 2 ist eine Ansicht der gemäß der vorliegenden Erfindung benutzten
Ventilsitzplatte mit einem Ausschnitt dargestellt, um die innere Konstruktion der
Platte zu zeigen. Diese Ventilsitzplatte weist die kreisförmigen Scheiben
20, 21 und 22 auf, die schichtweise durch zweckmäßige Schweiß- oder
Klebe- oder sonstige Verbindungsmittel miteinander verbunden sind, um eine einheitliche
Konstruktion von geschichteter Form zu erhalten. Die Scheiben haben eine zentrische
Öffnung 27. Außerhalb der zentrischen Öffnung 27 und konzentrisch zu ihr erstreckt
sich eine Mehrzahl von Drucköffnungen 23, die durch alle Scheiben 20,
21 und 22 hindurchtreten. Auf einem größeren Durchmesser sind andere
Kreise von Öffnungen 24 und 25
gezeigt, die nicht durch die Platte
12 hindurchtreten, sondern nur Öffnungen in der Scheibe 20 einschließen. In der
Zwischen- oder Mittelscheibe 21 ist ein Kreis von Öffnungen 26 vorgesehen, die Kanäle
zwischen den Öffnungen 24 und 25 bilden.
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Es sind Konstruktionen möglich, in denen einige dieser Kanäle und
Öffnungen in den Scheiben von einfacher ringförmiger Gestalt sein können. Bei der
vorliegenden Ausführungsform jedoch sind die Öffnungen durch Trennzonen
30 unterteilt, so daß einzelne Öffnungen 25 entstehen. Es liegen auch
Trennzonen 31
zwischen den Öffnungen 24, und weitere Trennzonen
32 sind zwischen den Öffnungen 23 angeordnet. Bei der Zwischenscheibe
21 ist in ihr ein Abschnitt 33
vorgesehen, um besonders dieser Scheibe
eine genügende Festigkeit zu verleihen.
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Zwischen dem Kreis von Öffnungen 24 und dem Kreis von Öffnungen
25 ist eine ringförmige Dichtfläche angeordnet, die gegen die Schulter
4 abzudichten vermag, so daß dadurch die Öffnungen 25 und
24
nur mittels des Kanals 26 in Verbindung stehen.
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In Fig. 1 ist ein Druckventil oberhalb der Ventilsitzplatte 12 angeordnet.
Dieses Druckventil, das außerdem in Fig. 3 gezeigt ist, weist ein als flache Platte
ausgebildetes Verschlußstück 13 aus Federstahl auf, das einen ringförmigen
Teil 34 und einen Biegeabschnitt 35 und dessen mittlerer Teil eine
Öffnung 36 hat, die in zweckmäßiger Weise an der Ventilsitzplatte
12 mittels des Nietes 16 befestigt werden kann. Der ringförmige Abschnitt
34 liegt über den öffnungen 23 in der Ventilsitzplatte. Gase, die
durch die Platte treten, wenn sie unter genügendem Druck stehen, werden den ringförmigen
Abschnitt 34 zwingen, sich von diesen Öffnungen durch Abbiegen des Abschnittes
35 des Verschlußstückes 13 abzuheben. Der S-förmige Biegeabschnitt 35 kann durch
andere Ausbildungen ersetzt werden, z. B. durch eine normale Speichenkonstruktion,
wobei der Biegeabschnitt sich radial erstreckende Speichen aufweist, die sich von
dem Mittelteil des Verschlußstückes aus erstrecken.
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An der Unterseite der Ventilsitzplatte 12 ist ein Saugventil
angeordnet, das außerdem in Fig. 4 gezeigt ist. Das Verschlußstück 14 dieses
Ventils ist von ähnlicher Bauart wie dasjenige des Druckventils und umfaßt einen
ringförmigen Abschnitt 40 und einen Biegeabschnitt 41, der eine im
allgemeinen S-förmige Gestalt besitzt und ein mittleres Loch 22 aufweist,
das mit der Ventilsitzplatte 12 mittels des Nietes 16 verbunden werden kann.
Dieses Verschlußstück 14 besitzt jedoch ein zusätzliches Merkmal. Es sind
nämlich Vorsprünge 43 längs der Umfangskante des Verschlußstückes für einen
Zweck vorgesehen, der weiter unten näher beschrieben werden wird. Außerdem weist
dieses Verschlußstück bogenförmige Öffnungen 45 auf. Diese Öffnungen zwischen dem
S-förmigen Abschnitt 41 und dem ringförmigen Abschnitt 40 sind so ausgerichtet,
daß Gase durch das Saugventil hindurchtreten und die Öffnungen 23 in der
Ventilsitzplatte erreichen, um dadurch den Gasen zu gestatten, durch die Ventilanordnung
zum Druckventil hindurchzutreten, wenn sich das Saugventil in seiner geschlossenen
Stellung befindet.
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Um die Bewegung des Druckventils während des Betriebes zu begrenzen,
ist in Form einer Platte 15 eine Vorrichtung zum Begrenzen der Ventilbewegung vorgesehen.
In Fig. 5 ist eine Draufsicht dieses besonderen Elementes gezeigt. Dieses Glied
weist einen ringförmigen Flansch 47 auf, der im wesentlichen den gleichen Durchmesser
wie die Ventilplatte 12 besitzt. Nahe diesem Flansch 47 ist ein flacher, ringförmiger
Abschnitt 48 vorgesehen, der sich - wie in Fig. 1 dargestellt - gegen die
Ventilsitzplatte 12 legt. Von diesem flachen Abschnitt aus erstreckt sich
ein Scheiben- oder Tellerabschnitt 49, der im Abstand von der Ventilsitzplatte liegt
und in dem eine Mehrzahl von Bohrungen oder Durchtritten angeordnet ist. Am Mittelteil
dieses Elementes ist ein Mittelabschnitt 51 vorgesehen, der wiederum nahe
der Ventilsitzplatte 12
verläuft. Dieser mittlere Abschnitt 51 hat eine zentrische
Öffnung 52, durch die sich der Niet 16 erstreckt, der die Ventilsitzplatte,
das Saugventil, das Druckventil und die Vorrichtung zur Begrenzung der Ventilbewegung
als eine einheitliche Konstruktion zusammenhält.
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Um diese Ventilkonstruktion an Ort und Stelle zu halten, ist die Feder
11 vorgesehen. Eine Draufsicht auf sie ist in der Fig. 6 gezeigt. Diese Feder umfaßt
eine
zentrische Kappe oder Kuppel 60, die deutlicher in Fig.
1 gezeigt ist, und eine Mehrzahl von Armen 62,
die sich von der Kappe oder
Kuppel aus erstrecken und geeignet sind, die Fläche nahe dem Flansch 47
an
der Vorrichtung 15 zur Begrenzung der Ventilbewegung zu berühren. Wenn die Arme
in Berührung mit der Ventilanordnung sind, wird die Kappe oder Kuppel der Feder
gegen den Zylinderkopf 8 des Kompressors gespannt, um dadurch die Ventilanordnung
gegen die erste Schulter 4 zu drücken.
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Es wird nun die Arbeitsweise der Ventilkonstruktion betrachtet. Ansauggas
wird beim Saughub des Kompressorkolbens aus dem Ringraum 6 durch die Öffnung
25 in der Scheibe 20 über den Kanal 26 in der Ventilsitzplatte
12 und dann durch die Öffnung 24
in den Zylinder angesaugt. Dies erfolgt
bei dem Saughub, da die Gase, die durch diesen im allgemeinen U-förmigen Kanal strömen,
den ringförmigen Sitzabschnitt 40 des Saugventilverschlußstückes
14 zwingen, sich von dem Kanal abzuheben, so daß den Gasen der Durchtritt
ermöglicht wird. Dies ist möglich, da der S-förmige Abschnitt 41 als ein
langgestreckter Balken wirkt, der fähig ist, sich von dem mittleren Abschnitt
42 wegzubiegen. Am Ende des Saughubes beginnt der Kolben den Kompressionshub,
wodurch der Druck in dem Zylinder 2 anzusteigen beginnt. Die Gase vermögen
nicht mehr länger durch den U-förmigen Saugkanal in der Ventilsitzplatte zu strömen,
da sich das Saugventilverschlußstück auf seinem Sitz gelegt hat, indem es hierbei
als ein Rückschlagventil wirkt und im wesentlichen den Ringraum 6 von dem Zylinder
absperrt. Beim Druckhub strömt das Gas durch die bogenförmigen Öffnungen
45 im Saugventilverschlußstück und durch die Öffnungen 13 zum Druckventil,
öffnet dessen Verschlußstück 13 und verläßt den Kompressor.
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Um eine lange Betriebszeit der Ventilglieder zu sichern und irgendeine
Gefahr übermäßiger Beanspruchungen zu vermeiden, sind Vorrichtungen zur Begrenzung
der Ventilbewegung sowohl für das Saugals auch für das Druckventil vorgesehen. Auf
dem Saugventilverschlußstück 14 ist eine Mehrzahl von Vorsprüngen
43 längs dessen Umfanges vorgesehen. Während des Betriebes sind die Vorsprünge,
wenn sich das Verschlußstück abbiegt, genügend groß, um sich gegen die zweite Schulter
5 zu legen, die in der Zylinderwand 3 vorgesehen ist. Daher bestimmt
der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Schulter des Zylinders die Größe
der Bewegung des Saugventilverschlußstückes.
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Mit Bezug auf das Druckventil ist das Glied 15 vorgesehen, das als
Käfig wirkt, wobei der Abstand zwischen dem Scheiben- oder Tellerabschnitt
49 und dem Verschlußstück 13 die Hubhöhe des Verschlußstückes bestimmt.