DE3820929C2 - Ventilplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilplatte, insbesondere für eine kleine Fluidpumpe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus US 1 633 772 ist eine Ventileinrichtung bekannt, bei der es sich insbesondere um eine durchflußgesteuerte Ventileinrichtung für Pumpen oder Kompressoren handelt. Diese Ventileinrichtung umfaßt eine Ventilplatte, welche aus einer im wesentlichen flachen Sitzplatte mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche und einer Umfangsrandfläche zwischen den Oberflächen und ferner einer ersten und einer zweiten, die Platte durchsetzenden Ventilöffnung besteht. Bei Hubkolbenkompressoren mit niedrigem Druck und geringer Kapazität ist die Ventilplatte zwischen dem Zylinder und dem Zylinderkopf eingespannt.

Auf den Seiten der Ventilplatte sind Ventilblätter oder Zungen befestigt, beispielsweise angenietet, welche Absperrventile oder Rückschlagventile bilden, die einen Luftstrom durch die Einlaß­ öffnung in den Zylinder während des Ansaughubes und einer Strömung durch die Auslaßöffnung während des Kompressionshubes durchlassen.

Bei der Herstellung solcher Kompressoren mit Blattventilen entstehen häufig Probleme. Die bisherigen Ventilplatten sind relativ teuer in der Herstellung und neigen zur Leckage, wodurch die Ausstoßleistung des Kompressors reduziert wird. Die aus Metall bestehenden Ventilblätter sind während der Handhabung Biegungen ausgesetzt. Jeder Kompressor muß daher nach dem Zusammenbau geprüft werden, und es ist oft erforderlich, ihn teilweise wieder zu zerlegen, um fehlerhafte Ventilplatten auszuwechseln. Auch werden die Ventilblätter während des normalen Gebrauchs gebogen und neigen zu Betriebsgeräuschen.

Die bisherigen Ventilplatten haben flache elastische Elemente, die über den Ventilöffnungen angeordnet sind. Kreisförmige oder parabolische Klappen sind in die elastischen Elemente geschnitten, um Ventile zu bilden, die an dem Element durch elastische Gelenke angebracht sind. Die Ventile decken die Ventilöffnungen ab. Diese Ausführungen vermeiden einige der Probleme bei Blattventilen. Das Schließen der Ventilklappen ist jedoch begrenzt durch die begrenzte Kraft, die durch das elastische Gelenk ausgeübt wird. Es sind ferner weitere Komponenten, wie z. B. eine zweite stabile Platte erforderlich, um Einlaß- und Auslaßventile zu bilden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilplatte der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welche eine Reduzierung der Montagezeit durch eine Verringerung der Anzahl der zusammenzufügenden Teile sowie eine Steigerung des Wirkungsgrads beim Einsatz in einer Fluidpumpe gestattet.

Nach der Erfindung zeichnet sich hierzu eine Ventilplatte der in Frage stehenden Art dadurch aus, daß ein gummielastisches Ventilformstück mit einem Außenrand vorgesehen ist, der die Umfangsrandfläche der Sitzplatte umgreift, ferner eine erste Ventilklappe vorgesehen ist, die sich von dem Außenrand aus längs eines Teils der ersten Oberfläche erstreckt, und die erste Ventilöffnung überdeckt und eine zweite Ventilklappe vorgesehen ist, die sich von dem Außenrand längs des Teils der zweiten Oberfläche aus erstreckt und die zweite Ventilöffnung überdeckt.

Bei der erfindungsgemäßen Ventilplatte umgreift das Ventil­ formstück die Umfangsrandfläche der Sitzplatte, um eine Dichtung zwischen der Ventilplatte und einem Zylinderkopf zu bilden. Das Ventilformstück hat eine integrale erste Ventilklappe, welche die Einlaßöffnung nur auf der Zylinderseite der Ventilplatte überdeckt, um ein Einlaßventil zu bilden, und es hat eine zweite integrale Ventilklappe, welche die Auslaßöffnung nur auf der Zylinderseite der Ventilplatte überdeckt, um ein Auslaßventil zu bilden. Wegen der Eigenelastizität des gummielastischen Materials des Ventilformstücks sind die Ventile im Grundzustand geschlossen, sie öffnen sich aber bei einer geringen Druckdifferenz. Bei dieser Auslegung wird ein Kontakt von Metall zu Metall verhindert, so daß sich Arbeitsgeräusche der Fluidpumpe beträchtlich herabsetzen lassen. Zugleich bildet das gummielastische Ventil­ formstück auch eine Gummidichtung, welche die Einlaß/Auslaß- Kammern im Zylinderkopf benachbart zur Ventilplatte abdichtet. Somit läßt sich der Montageaufwand bei der erfindungsgemäßen Ventilplatte reduzieren, da die Anzahl der zusammenzusetzenden Teile vermindert ist. Daher erhält man ein vereinfachtes Zusammensetzen. Ferner läßt sich der Wirkungsgrad einer solchen Fluidpumpe verbessern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ventilplatte für eine kleine Fluidpumpe in Form einer Kolbenpumpe gemäß üblicher Auslegungsform,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Luftkompressors mit Hubkolben, Zylinder, Zylinderkopf, Kolben und Ventilplatte,

Fig. 3 eine Unteransicht eines Ventilformstücks aus Gummi für die Ventilplatte nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 3,

Fig. 6 eine Schnittansicht des Kompressors nach Fig. 2, wobei der Kolben sich nach unten bewegt und das Einlaßventil öffnet, und

Fig. 7 eine Schnittansicht des Kompressors nach Fig. 2, wobei der Kolben sich nach oben bewegt und das Auslaßventil öffnet.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Ventilplatte 10 üblicher Auslegungsform, wie sie für kleine Hubkolbenkompressoren verwendet wird. Die Ventilplatte 10 wird auf einem Zylinderkopf oberhalb des Kolbens befestigt. Die Ventilplatte 10 hat eine flache kreisförmige Sitzplatte 11 aus Metall, die eine Einlaßöffnung 12 und eine Auslaßöffnung 13 aufweist. Ein flaches metallisches Ventilblatt 14 ist an einer Bodenfläche 15 der Sitzplatte 11 mit einem Niet oder einer Schraube 16 befestigt und so angeordnet, daß die Einlaßöffnung 12 überdeckt wird. Ein zweites flaches metallisches Ventilblatt 17 ist an der Oberfläche 18 der Sitzplatte 11 mittels eines Niets oder einer Schraube 19 befestigt, um die Auslaßöffnung 13 zu überdecken.

Die Ventilplatte 10 ist an dem Zylinderkopf eines Kompressors (nicht gezeigt) mittels einer nicht-gezeigten Schraube befestigt, die durch eine zentrale Ausnehmung 20 in der Sitzplatte 11 geht. Eine flache Dichtung 21 ist auf der Oberfläche 18 angeordnet, um die Sitzplatte 11 gegen den Zylinderkopf abzudichten. Die Dichtung 21 hat einen diagonalen Steg 22, der auch den Zylinderkopf abdichtet, um eine Einlaßkammer im Zylinderkopf oberhalb der Einlaßöffnung gegen eine Auslaßkammer im Zylinderkopf oberhalb der Auslaßöffnung 13 abzudichten. Die Sitzplatte 11 und die Dichtung 21 haben ferner Nuten 23 und 24, um die Dichtung 21 richtig auf der Sitzplatte 11 anzuordnen und diese relativ zum Zylinderkopf zu positionieren.

Im Betrieb wird das Ventilblatt 14 abgebogen, so daß Luft durch die Einlaßöffnung 12 in den Zylinder während des Ansaughubes des Kolbens einströmen kann. Wenn die Kolbenbewegung endet, schließt das Ventilblatt 14 infolge seiner Elastizität die Ventilöffnung 12 wieder. Während des Kompressionshubes wird durch den Luftdruck im Zylinder das Ventilblatt 17 abgebogen, so daß komprimierte Luft durch die Aus­ laßöffnung 13 strömen kann. Am Ende des Kompressionshubes bewegt sich das Ventilblatt 17 wieder zurück in seine normale Position und schließt die Ventilöffnung 13. Jedesmal, wenn eines der Ventilblätter 14 und 17 schließt, entsteht durch den metallischen Kontakt ein Geräusch. Die metallischen Ventilblätter 14 und 17 ermüden bei häufigem Gebrauch und dichten nicht mehr gut gegen die Ventilplatte 11 ab, wodurch der Wirkungsgrad des Kompressors verringert wird.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen die verbesserte Ventilplatte 25.

In Fig. 2 ist ein Teil eines Kompressors 26 gezeigt, der mit einer Ventilplatte 25 ausgerüstet ist. Der dargestellte Teil des Kompressors 26 umfaßt einen Zylinder 27, einen Zylinderkopf 28 und einen Hubkolben 29. Die Ventilplatte 25 umfaßt eine kreisförmige Sitzplatte 30 mit einer Einlaßöffnung 31 und einer Auslaßöffnung 32. Ein gummielastisches Ventilformstück 33 ist teilweise um eine Umfangsrandfläche 34 der Sitzplatte 30 gelegt und erstreckt sich um den Umfang einer Oberfläche 35 der Sitzplatte 30. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, hat das Ventilformstück 33 einen Steg 36, der sich über einen Durchmesser des Ventilformstückes 30 erstreckt.

Die Ventilplatte 25 ist am Zylinderkopf 28 mit Hilfe einer Schraube 37 befestigt, die eine zentrale Öffnung 38 in der Sitzplatte 30 durchsetzt. Wenn die Ventilplatte 30 am Zylinderkopf 28 angebracht ist, bildet das Ventilformstück 33 eine Dichtung zwischen der Ventilplatte 30 und dem Zylinderkopf 28, um eine Einlaßkammer 39, eine Auslaßkammer 40 und eine Kompressionskammer 41 unterhalb der Ventilplatte 30 zu trennen.

Die Ventilplatte 30 benötigt keine Ventilblätter 14 und 17 und damit auch keine Bohrungen zur Befestigung dieser Teile. Mit dem Wegfall der Ventilblätter kann daher die Ventilplatte 30 aus einem billigeren Material, wie z. B. einem Kunststoff, gefertigt werden.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen Einzelheiten des Ventilformstückes 33. Das Ventilformstück 33 hat eine im wesentlichen ebene Oberfläche 42, die mit der Oberfläche 35 der Ventilplatte 30 in Eingriff steht bzw. auf dieser aufliegt, ferner eine zylindrische äußere Umfangsrandfläche 43, die in Eingriff mit der Umfangsrandfläche 34 steht bzw. an diesem anliegt, sowie eine ebene Unterfläche 44, welche in Eingriff mit der Unterfläche 45 der Ventilplatte 30 steht bzw. an dieser anliegt (Fig. 2). In der Oberfläche 42 ist eine kreisabschnittförmige Öffnung 46 zwischen einem zentralen Steg 36 und einem ringförmigen Abschnitt 47 ausgebildet, der an die äußere Umfangsrandfläche 43 angrenzt. Eine zweite Öffnung 48 auf der gegenüberliegenden Seite des Steges 36 erstreckt sich bis zu einer Auslaßventilklappe 49. Der Steg 36 hat eine zentrale Öffnung 50, durch welche die Schraube 37 hindurchgeführt ist. Eine Einstell-Nut 51 ist in der Umfangsrandfläche 43 ausgebildet, angrenzend an ein Ende des Steges 36 zum Eingriff mit einer ent­ sprechenden Einstell-Nut (nicht gezeigt) der Ventilplatte 30. An der Unterfläche 44 des Ventilformstückes 33 erstreckt sich eine halbkreisförmige Einlaßventilklappe 52 von der äußeren Umfangsrandfläche 43 gegenüber einem Teil der Öffnung 36 zum Eingriff mit der Unterfläche 45 der Ventilplatte 30. Wenn das Ventilformstück 33 auf die Ventilplatte 30 aufgesetzt ist, überdeckt die Einlaßventilklappe 52 die Einlaßöffnung 31 und die Auslaßventilklappe 49 überdeckt die Auslaßöffnung 32, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Aus der Zeichnung erkennt man, daß beide Ventilklappen 49 und 52 abschnittförmig ausgebildet und längs ihres gekrümmten Randes gehalten sind. Wenn daher eine Ventilklappe öffnet, wird das elastische Material, aus dem die Klappe besteht, gedehnt und gespannt. Die Spannung in der Ventilklappe verstärkt die Schließkraft des Ventils beträchtlich.

Die Gestalt der Ventilklappen und die Spannung, die die Klappen zu schließen sucht, ermöglicht die Verwendung größerer Ventilöffnungen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der Pumpen und sie ermöglicht auch die Ver­ wendung nicht-kreisförmiger Ventilöffnungen, z. B. von kreisabschnittförmiger Gestalt.

Die Betriebsweise des Kompressors 26 ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. In Fig. 6 bewegt sich der Kolben 29 abwärts weg von der Ventilplatte 25 beim Einlaßhub. Durch die Saugwirkung im Zylinder 41 wird die Einlaßventilklappe 52 veranlaßt, sich weg von der Ventilplattenfläche 45 zu bewegen und Luft wird aus der Einlaßkammer 39 durch die Einlaßöffnung 31 in den Zylinder 41 angesaugt. Zweckmäßigerweise ist das Ventilformstück 33 aus einem elastischen Gummimaterial geformt und es entsteht kaum ein Druckabfall beim Ansaugen der Luft an der Einlaßventilklappe 52 vorbei. Während des Einlaßhubes halten die Druckluft in der Auslaßkammer 40 und die Elastizität der Ventilklappe 49 eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Auslaßventilklappe 49 und der Oberfläche 35 der Ventilplatte 30 aufrecht, wodurch eine Leckage durch die Auslaßöffnung 32 verhindert wird. Am Ende des Einlaßhubes wird die Ventilklappe 52 gegen die Unterfläche 45 der Ventilplatte 30 angedrückt, wodurch wiederum die Einlaßöffnung 31 abgedeckt wird.

Während des Kompressionshubes des Kolbens 29, wie in Fig. 7 dargestellt, wird durch die Druckluft im Zylinder 41 die Auslaßventilklappe 49 von der Oberfläche 35 abgehoben und Druckluft strömt aus der Kammer 41 durch die Auslaßöffnung 32 in die Auslaßkammer 40. Während des Kompressionshubes halten der Luftdruck und die Elastizität der Ventilklappe 52 eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Einlaßventilklappe 52 und der Unterfläche 45 der Ventilplatte 30 aufrecht, wodurch eine Leckage durch die Einlaßöffnung 31 verhindert wird.

Die Ventilplatte 25 wurde in Verbindung mit einem Kompressor beschrieben, sie ist jedoch in gleicher Weise auch für andere Arten von Fluidpumpen verwendbar, z. B. Saugpumpen oder Vakuumpumpen.

Claims (5)

1. Ventilplatte, insbesondere für eine kleine Fluidpumpe, bestehend aus
einer im wesentlichen flachen Sitzplatte mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche und einer Umfangsrandfläche zwischen den Oberflächen, ferner
einer ersten und einer zweiten die Platte durchsetzenden Ventilöffnung,
gekennzeichnet durch ein gummielastisches Ventilformstück (33) mit
einem Außenrand, der die Umfangsrandfläche der Sitzplatte umgreift, einer ersten Ventilklappe, die sich von dem Außenrand aus längs eines Teiles der ersten Oberfläche erstreckt und die erste Ventilöffnung überdeckt, sowie
einer zweiten Ventilklappe, die sich von dem Außenrand längs eines Teils der zweiten Oberfläche aus erstreckt und die zweite Ventilöffnung überdeckt.

2. Ventilplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzplatte allgemein kreisförmig ist und daß die beiden Ventilklappen kreisabschnittförmig ausgebildet sind.

3. Ventilplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Ventilklappen gedehnt und dabei unter Spannung gesetzt wird, wenn sie für den Durchtritt eines Fluids durch die zugehörige Ventilöffnung von der angrenzenden Sitzplattenoberfläche abgehoben wird.

4. Ventilplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilformstück (33) eine ringförmige Dichtfläche aufweist, die von seinem äußeren Rand aus den Randbereich der oberen Sitzplattenoberfläche übergreift.

5. Ventilplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilformstück (33) einen integralen diametralen Steg aufweist, der im eingebauten Zustand der Ventilplatte eine Dichtung bildet, welche Ventilkammern auf der Plattenoberseite voneinander abtrennt, die separat mit der ersten und der zweiten Ventilöffnung verbindbar sind.