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"Ventilplatte "
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Die Erfindung betrifft eine Ventilplatte nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Bekannt ist eine Ventilplatte der vorstehenden Art, deren Unterteil
durch Stützen im Abstand vom Oberteil gehalten wird, die aufgrund ihrer Anordnung
und Form den Wirkungsgrad von mit der bekannten Ventilplatte ausgerüsteten Aggregaten,
wie Kompressoren, beeinträchtigen, indem sie die Querschnitte der Ansaugkanäle auf
vergleichsweise kleine Werte begrenzen und die Strömungsverhältnisse in den Ansaugkanälen
nachteilig beeinflussen. Da der sogenannte schädliche Raum, z.B. der Zylinder von
Kompressoren, nicht zuletzt von der Dicke der 3eweils verwendeten Ventilplatte abhängt,
sind der Materialstärke ihres Unterteils und ihres Oberteils Grenzen gesetzt. Dies
aber bedeutet, daß auf eine Abstützung zwischen dem Unterteil und dem Oberteil nicht
verzichtet werden kann, wenn man nicht die erforderliche Stabilität der Ventilplatte
gefährden will.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilplatte nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die bei mindestens gleicher Stabilität
wie die Stabilität bekannter Ventilplatten verbesserte Strömungsverhältnisse bietet
und es gestattet, den Wirkungsgrad von mit ihr ausgerüsteten Kompressoren od. dgl.
zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des
Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Ventilplatte gemäß Anspruch
1 sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemässe Ventilplatte bietet bei flacher Bauweise und
hoher Steifigkeit den Vorteil, daß ihre Ansaugkanäle wegen des Wegfalls sperriger
und Turbulenzerscheinungen fördernder Stützen größer als bisher ausgebildet sein
können.
Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad von mit der neuen Ventilplatte bestückten
Aggregaten aus.
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Die erzielbare Wirkungsgradsteigerung kommt naturgemäß nicht zuletzt
dem Bestreben nach besserer Ausnutzung der schwindenden Energieresourcen entgegen
und stellt auch aus diesem Grunde einen Beitrag zur Bereicherung der Technik dar.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung zweier in der beigefügten Zeichnung dargestellter besonders vorteilhafter
Ausführungsbeispiele. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch die Ventilplatte eines
Kompressors mit einem Kolben mit flachem Kolbenboden; Fig. 2 die Draufsicht auf
die Ventilplatte gemäß Fig. 1; Fig. 3 die Ansicht der Ventilplatte gemäß Fig. 2,
von unten; Fig. 4 die Teile der Ventilplatte gemäß Fig. 2 und 3 in explosionsartiger
Darstellung; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2; Fig. 6 die Seitenansicht
einer bekannten Ventilplatte; Fig. 7 einen Schnitt durch einen Teil eines Kompressors
mit einem Kolben, dessen Kolbenboden einen Vorsprung aufweist; Fig. 8 die Draufsicht
auf die Ventilplatte des Kompressors gemäß Fig. 7; Fig. 9 die Ansicht der Ventilplatte
gemäß Fig. 8 von unten und Fig. 10 einen Schnitt lSnss der Linie 10-10 in Fig. 8.
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In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Zylinder 1 eines Kompressors
dargestellt. Aus Gründen der Einfachheit wurde nur ein einzelner Zylinder gezeigt.
Es versteht sich, daß auch Mehr-Zylinder Kompressoren mit Ventilplatten der beschriebenen
Art ausgerüstet werden können.
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Der Kompressor besitzt ein vorzugsweise gegossenes Gehäuse 14 mit
einer Zylinderbohrung zur Aufnahme eines Kolbens 3 mit einem flachen Kolbenboden.
Der Kolben 3 ist über eine Pleuelstange mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle
verbunden. Während der Auf- und Abwärtsbewegungen des Kolbens wird Gas angesaugt,
komprimiert und ausgeschoben.
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Eine ringförmige Saugkammer 4 umgibt den oberen Teil der Zylinderbohrung
2. In sie gelangt das zu komprimierende Gas niedrigen Druckes. Bei Kältekompressoren
ist es üblich, das angesaugte Gas vor dem Einfahren in die Saugkammer 4 zu Kühlzwecken
auszunutzen. 15 ist ein Zylinderkopf, der eine Auslaßkammer 5 umschließt. Zwischem
dem Gehäuse 14 und dem Zylinderkopf 15 ist eine Dichtung 13 angeordnet.
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Die Saugkammer 4 wird durch ein Plattenventil 10 von der Auslaßkammer
5 getrennt. Die Aufgabe des Plattenventils ist es, das Ansaugen und Ausschieben
des Gases zu steuern. Zum Plattenventil 10 gehört eine Ventilplatte 20 mit einem
Auslaßventil 9 und einem Auslaßventilanschlag 11. Die genannten Elemente werden
durch eine von einem Bolzen und einer Mutter gebildeten Verschraubung zusammengehalten.
Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, hat der Bolzen einen unrunden Querschnitt, der
an die Form von Löchern in der Ventilplatte 20, dem Auslaßventil 9 und dem Auslaßventilanschlag
11 angepaßt ist. Auf diese Weise wird der Zusammenhalt der genannten Teile beim
Festziehen der Mutter erleichtert. Das Auslaßventil 9 deckt, wie aus Fig. 2 hervorgeht,
Auslaßöffnungen 18 ab. Es kann sich
beim Ausstoßhub des Kompressors
nach oben verformen. Der Grad der Verformung wird durch den Auslaßventilanschlag
11 begrenzt.
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Fig. 1 zeigt deutlich, daß die Dicke der Ventilplatte 20 den sogenannten
schädlichen Raum direkt beeinflußt. Es ist daher verständlich, daß ein Konstrukteur
bemüht ist, die Plattendicke klein zu halten.
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Zum Plattenventil 10 gehören außerdem ein Ansaugventil 7 und ein Ansaugventilanschlag
6. Die genannten Teile stützen sich auf einer Ringschulter 28 des Gehäuses 14 ab,
die die Zylinderbohrung 2 umgibt. Ein gehärteter Metallring 8 bildet einen Sitz
für das Plattenventil 10, das zwischen dem Gehäuse 14 und dem Zylinderkopf 15 festgeklemmt
ist. Beim Ansaugen verformt sich der Mittelteil des Ansaugventiles 7 und gibt die
EinlaBöffnungen 25 (vergleiche Fig. 3) frei, so daß Gas in den Zylinder strömen
kann.
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Zu Beginn des Saughubes des Zylinders 3 wird das Ansaugventil aufgrund
des im Zylinder wirkenden Unterdrucks in seine Offenstellung überftihrt. Aus der
Saugkammer 4 strömt vom Umfang her Gas in die Ventilplatte 20 ein und passiert dabei
die Ansaugkanäle 17, um anschließend über die Einlaßöffnungen 25 in den Zylinder
einzutreten. Der Schaffung günstiger Strömungsverhältnisse trotz kleiner Dicke der
Ventilplatte kommt große Bedeutung zu. Nach Beendigung des Saughubes wird das Ansaugventil
7 geschlossen und der Kolben beginnt, sich nach oben zu bewegen. Dabei drückt er
komprimiertes Gas in die Auslaßöffnungen 18, was zum Öffnen des Auslaßventils 9
führt. Durch das geöffnete Auslaßventil 9 kann komprimiertes Gas in die Auslaßkammer
5 treten.
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Nach Erreichen des oberen Totpunktes geht das Auslaßventil 9 in seine
Schließlage zurück, und ein neuer Ansaugvorgang kann beginnen.
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Beim Betrachten der Fig. 1 wird deutlich, daß es zur Verminderung
des schädlichen Raumes des Zylinders wünschenswert ist, das Volumen der Auslaßöffnungen
18 klein zu halten, während es aus Gründen günstiger Strömungsverhältnisse zweckmässig
ist, den Strömungswiderstand der Ansaugkanäle 17 klein zu halten. Das Problem besteht
darin, diesen gegensätzlichen Forderungen im optimaler Weise Rechnung zu tragen,
d.h. die Dicke der Ventilplatte und den Strömungswiderstand der Einlaßkanäle klein
zu halten, wobei gleichzeitig darauf geachtet werden muß, daß die Ventilplatte ausreichend
stabil bleibt, um den unterschiedlichen Drücken im Kompressor Stand zu halten.
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Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Ventilplatte 20 nach Art eines
Laminats aufgebaut. Sie besitzt ein Unterteil 22 und ein Oberteil 21, sowie einen
Abstandshalter 23. Das Oberteil 21 und das Unterteil 22 sind in ihrem äußeren Bereich
mit im wesentlichen planen sich gegenüberliegenden Oberflächen versehen. Die einander
zugewandten Flächen des Oberteils 21 und des Unterteils 22 bilden zusammen mit dem
Abstandshalter 23 einen im wesentlichen ringförmigen Ansaugraum. In diesem Ansaugraum
ist ein gewellter Leitkörper 24 angeordnet, der den Ansaugraum in eine Vielzahl
von Ansaugkanälen 17 unterteilt und gleichzeitig eine Abstützung der äußeren Teile
des Oberteils 21 und des Unterteils 22 bewerkstelligt.
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Die Bezeichnung "gewellt" wird hier in dem Sinne verstanden, daß der
Leitkörper eine Vielzahl von in unterschiedliche Richtungen abgewinkelten Abschnitten
besitzt.
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Der Leitkörper 24 ist ringförmig ausgebildet und umschließt bündig
den Abstandshalter unter Ausnutzung des zwischen dem Oberteil 21 und dem Unterteil
22 vorhandenen Raumes. Die Ansaugkanäle 17 erstrecken sich vom Umfang des Leitkörpers
24 bis in den Bereich der Einlaßöffnungen 25 im Unterteil 22.
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Aus diesem Grunde ist der Leitkörper an den Stellen, an denen
er
in den Bereich der Einlaßöffnungen ragt, mit Einschnitten 26 versehen. Diese Einschnitte
26 sind, wie aus den Fig. 1 und 2 erkennbar ist, gegenüber den Außenrändern der
Einlaßöffnungen 25 radial nach außen versetzt. Diese Maßnahme beeinflußt die Strömungsverhältnisse
positiv. Zur Verminderung des Strömungswiderstandes tragen auch Ansammlungen von
Lötmasse 29 bei, die sich während des Zusammenlötens der Einzelteile der Ventilplatte
an den in Fig. 1 angedeuteten Stellen bilden.
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Durch den Mittelteil des Unterteils 22,des Oberteils 21 und des Abstandshalters
23 erstrecken sich eine Vielzahl von bogenförmigen Auslaßöffnungen. Mit 27 ist das
gemeinsame Loch dieser Teile bezeichnet.
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Der Abstandshalter 23 muß nicht von einem selbständigen Teil gebildet
werden. Er könnte beispielsweise auch von einem Vorsprung des Unterteils 22 oder
des Oberteils 21 gebildet werden. Das Unterteil könnte den Abstandshalter 23 auch
ringförmig umgeben. Für Kompressoren mit zwei und mehr Zylindern in Reihenbauweise
kann auch eine gemeinsame längliche Ventilplatte mit mehreren Einlaß- und Auslaßöffnungen
verwendet werden.
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Die einzelnen Teile der beschreibenen Ventilplatte können durch Löten
miteinander verbunden werden. Dabei versieht man sie an den Verbindungsstellen mit
Lötmaterial und steckt sie zusammen. Die zusammengesteckte Einheit wird durch einen
Bolzen oder andere geeignete Mittel zusammengehalten und anschließend in einen Lötofen
überführt, in dem der Lötvorgang stattfindet. Nach dem Lötvorgang kann die Ventilplatte
weiterbearbeitet werden.
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Die Einzelteile lassen sich durch Stanzen und daher außerordentlich
preiswert herstellen.
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In den Fig. 7 - 10 ist ein Zylinder eines Kompressors dargestellt,
dessen Kolben 35 einen Vorsprung 33 aufweist. Kompressoren
mit
derartigen Kolben bieten den Vorteil, daß bei ihnen der sogenannte schädliche Raum
besonders klein gehalten werden kann. Die Arbeitsweise von Kompressoren der zweiten
Art entspricht der Arbeitsweise von Kompressoren der zuerst beschriebenen Art. Für
einander entsprechende Teile wurden in den Fig. 1 - 5 und den Fig.
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7 - 10 gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Der Vorsprung 33 des Kolbens 35 ragt in eine Öffnung der Ventilplatte
34. Durch die Wahl von Kolben der dargestellten Art lassen sich ein hoher volumetrischer
Wirkungsgrad und hohe Verdichtungsverhältnisse erzielen.
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Das Plattenventil 36 besitzt eine Ventilplatte mit einem Ansaugventil
7 und dazugehörigem Ansaugventilanschlag 6, sowie mit einem Auslaßventil 9 und dazugehörigem
Auslaßventilanschlag 11. Mit dem Auslaßventilanschlag 11 ist durch eine Verschraubung
47 ein Ventilsitz 42 verbunden. Der Auslaßventilanschlag 11 kann mit der Ventilplatte
34 durch beliebige Befestigungsmittel, wie Schrauben 43, verbunden werden. Das Plattenventil
36 wird in der gleichen Weise gehalten wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
1 - 5.
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Der Ventilsitz 42 und eine die Auslaßöffnung 46 begrenzende konische
Bohrung bilden einen Raum zur Aufnahme des Vorsprunges 33 des Kolbens 35.
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Das Plattenventil 36 arbeitet in ähnlicher Weise wie das Plattenventil
10.
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Auch die Ventilplatte 34 ist nach Art eines Laminates aufgebaut. Sie
besteht aus einem Unterteil 37, einem Oberteil 38 und einem Abstandshalter 39. Die
genannten Teile 37, 38 und 39 begrenzen einen ringförmigen Ansaugraum, in dem wiederum
ein gewellter Leitkörper 40 angeordnet ist, der Ansaugkanäle 41 begrenzt, die sich
radial erstrecken und geringe Strömungswiderstände aufweisen. Die Ansaugkanäle 41
führen zu Einlaßöffnungen 44. Auch der Leitkörper 40 ist mit
Einschnitten
45 versehen, um sämtliche Ansaugkanäle 41 mit den Einlaßöffnungen 44 zu verbinden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Einschnitte in ähnlicher Weise ausgebildet
wie beim zuvor beschriebenen AusfUhrungsbeispiel. Auch hier sind die Strömungsverhältnisse
durch Lötmittelreste verbessert.
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Wie aus Fig. 10 erkennbar ist, begrenzt die Innenfläche des Abstandshalters
39 die Auslaßöffnung 46 und den Raum zur Aufnahme des Vorsprunges 33 des Kolbens
35.
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Der Abstandshalter 39 erstreckt sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
über die gesamte Dicke der Ventilplatte 34. Es wäre möglich, auch hier einen Abstandshalter
zu verwenden, der wie der Abstandshalter 23 der zuerst beschriebenen Konstruktion
zwischen dem Oberteil und dem Unterteil angeordnet ist. Auch könnte der Abstandshalter
ein Stück mit dem Oberteil oder dem Unterteil bilden. Die dargestellte Lösung bietet
den Vorteil, daß man eine durchgehende ringförmige Einlaßöffnung 44 erhält.
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Auch das zweite Plattenventil kann durch Ofenlötung aus gestanzten
Teilen, d.h. besonders wirtschaftlich hergestellt werden.
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Die Fig. 5 und 10 zeigen besonders deutlich die Überlegenheit der
durch die Verwendung der Leitkörper realisierbaren Ansaugkanäle. Das Volumen der
Leitkörper, die durch Stanzen aus einem Streifen herstellbar sind, ist außerordentlich
klein. Trotzdem zeichnen sich die Leitkörper aufgrund ihrer Wellen- oder Rippenform
durch eine hohe Steifigkeit aus und bieten somit die Gewähr für die erwünschte Stabilität
der Ventilplatten.
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Fig. 6 zeigt eine bekannte Ventilplatte. Sie soll einen Vergleich
der Ansaugkanäle ermöglichen. Auch sie besteht aus einem plattenförmigen Unterteil
31 und einem plattenförmigen Oberteil 30. Um die beiden Teile im Abstand voneinander
zu
halten, verwendet man säulenförmige Vorsprünge 32 im Bereich
des Umfanges der beiden Teile. Auf diese Weise wird der zur Verfügung stehende Ansaugquerschnitt
vermindert, was einen verschlechterten Wirkungsgrad der mit den bekannten Ventilplatten
ausgerüsteten Aggregate zur Folge hat.