DE1450517B2 - Rückschlagventil - Google Patents

Description

heitsstellen entstehen. Um dies zu vermeiden, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die unregelmäßige Steigung des anliegenden Windungsteils und/ oder der Auflagefläche für die Feder derart gewählt sein, daß die von der Feder auf das Verschlußstück ausgeübten Kräfte in der Schließlage des Verschluß-Stückes über den Umfang des Verschlußstückes wenigstens annähernd gleichmäßig verteilt sind. Dadurch ergibt sich auch unter Berücksichtigung der Elastizität des Verschlußstückes ein über den Umfang der Dichtfläche gleichmäßig verteilter Anpreßdruck und damit eine erhebliche Herabsetzung der sonst vorhandenen Biegebeanspruchungen des Verschlußstückes.

Vorzugsweise wird die Schraubenfeder zur Erzielung der unregelmäßigen Steigung an ihren Enden im Bereich der aufliegenden Windungsteile gegenüber der zur Federachse senkrechten Auflagefläche in Achsrichtung herausgebogen. Dabei kann der herausgebogene Windungsteil teilweise, beispielsweise im Bereich der maximalen Aufbiegung, in einer Ebene liegen, die gegen die Federachse geneigt ist. Bei von einer Ebene abweichender Form der Auflagefläche für die Feder kann diese Form erfindungsgemäß durch wenigstens eine zwischen der Feder und der Auflagefläche angeordnete Beilage gebildet sein. Es handelt sich dabei um eine weitere, verhältnismäßig einfache Möglichkeit zur Erzielung einer zentrischen und gleichmäßig verteilten Belastung des Verschluß-Stückes, wobei eine Aufbiegung der Schraubenfeder nicht erforderlich ist. Die angestrebte Wirkung kann aber auch durch gleichzeitige Anwendung sowohl der Aufbiegung als auch der unebenen Ausbildung wenigstens einer Auflagefläche erzielt werden.

Das Ausmaß der zur Erzielung einer zentrischen Belastung des Verschlußstückes von der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen, die erforderliche Aufbiegung einer oder mehrerer Windungen an den Enden der Federn sowie die notwendige Höhe und Form der allenfalls zwischen Feder und Auflagefläche verwendeten Beilage, kann für jede Ventilbauart und für die dabei verwendete Schraubenfeder berechnet werden. Im allgemeinen ist die Berechnung jedoch verhältnismäßig kompliziert, weil die Feder gewöhnlich nicht mit einer vollen Windung oder über einen genau definierten Teil einer Windung auf dem Verschlußstück aufliegt und meist auch die Federenden abgeschliffen sind. Zweckmäßig erfolgt daher die Ermittlung der geeigneten Befederung in einfacher Weise mittels eines Versuches. Sobald z. B. die richtige Form der Feder einmal ermittelt ist, können die Federn einer ganzen Baureihe von Ventuen nach diesem Muster hergestellt werden. Die im Rahmen der Erfindung sich ergebende Formänderung der Schraubenfedern gegenüber der üblichen Ausführung kann ohne Schwierigkeit durchgeführt werden, weil beispielsweise die erforderliche Aufbiegung der letzten Federwindungen lediglich in der Größenordnung liegt, um welchen Betrag sich die Ganghöhe einer Federwindung beim Zusammendrücken der ungespannten Feder in die der Schließlage entsprechende vorgespannte Lage verringert.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnung nachstehend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil,

F i g. 2 die zugehörige Ventilfeder in Seitenansicht, F i g. 3 die Abwicklung der Ventilfeder nach F i g. 2 im Bereich des Federendes in schematischer Darstellung,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch das Ventil,

F i g. 5 die Ventilfeder des Rückschlagventils nach F i g. 4 in Seitenansicht und

F i g. 6 die Abwicklung des Federendes der Feder nach F i g. 5.

Das Ventil nach Fig. 1 besteht aus dem Ventilsitz 1 und dem Fänger 2, die durch eine Schraube 3 mit einer Mutter 4 miteinander verbunden sind. Zwischen dem Ventilsitz 1 und dem Fänger 2 ist ein Distanzring 5 angeordnet und in dem durch diesen bestimmten Zwischenraum befindet sich ein ringförmiges Verschlußstück 6, welches einen U-förmigen Querschnitt besitzt. Zur Befederung des Verschluß-Stückes 6 dient eine aus hochkant gewickeltem Bandstahl bestehende, konzentrisch angeordnete Schraubenfeder7, die in den U-förmigen Raum des Verschlußstückes 6 hineinragt und sich am Fänger 2 auf dem Grund eines in diesem ausgesparten Ringraumes 8 abstützt. Die Schraubenfeder 7 ist sowohl am Fänger 2 als auch am Verschlußstück 6 in radialer Richtung unverschiebbar gehalten und dient zugleich zur reibungsfreien Führung des VerschlußStückes 6. Um den Distanzring 5 herum sind Vorsprünge 9 zahnkranzartig angeordnet, die den Bewegungsbereich des Verschlußstückes 6 in radialer Richtung begrenzen und so eine Hilfsführung bilden, die bei einem allfälligen Bruch der Schraubenfeder 7 ein Weiterarbeiten des Ventils ermöglicht.

Die in F i g. 2 dargestellte Schraubenfeder 7 besitzt in ihrem mittleren Teil eine gleichbleibende Steigung und würde bei üblicher Ausbildung an ihren beiden Enden — wie mit gestrichelten Linien gezeigt ist — im Bereich der letzten Windungen bei gleichmäßig abnehmender Steigung in eine Ebene auslaufen und außerdem senkrecht zur Federachse abgeschliffen sein. Wenn eine solche Feder zusammengedrückt wird, übt sie eine einseitige Belastung auf das Verschlußstück 6 aus. Um dies zu vermeiden, sind die mit vollen Linien gezeichneten Windungsteile 10 an den Federenden im ungespannten Zustand der Feder 7 — abweichend von den bisher üblichen Ausführungen mit zur Federachse senkrechter Auflagefläche — in Achsrichtung herausgebogen und weisen die Form einer Schraubenlinie mit sich unregelmäßig ändernder Steigung auf. Der herausgebogene Windungsteil 10 kann dabei wenigstens teilweise, z. B. über einen Umfangswinkel von je π/2 zu beiden Seiten der maximalen Aufbiegung, in einer Ebene liegen, die gegen die Federachse geneigt ist. Dadurch werden die Stirnflächen der Schraubenfeder 7 in der ungespannten Lage zwar uneben, durch entsprechende Wahl des Ausmaßes und der Stelle der Aufbiegungen kann jedoch erreicht werden, daß die Schraubenfeder 7 gerade in der Schließlage des Verschlußstückes 6 derart deformiert ist, daß die von ihr auf das Verschlußstück 6 ausgeübten Kräfte eine im wesentlichen zentrische, achsparallele Resultierende besitzen. Dadurch wird das Verschlußstück 6 weder einseitig an den Ventilsitz 1 angedrückt, noch erhält es am Beginn der Öffnungsbewegung einen zum Taumeln führenden, einseitigen Kraftimpuls.

Die erforderliche genaue Form der Aufbiegung am Ende der Schraubenfeder 7 kann sowohl rechnerisch als auch experimentell ermittelt werden. Sie ist von

der geometrischen Form der verwendeten Schraubenfeder abhängig, insbesondere davon, ob die Federenden abgeschliffen sind oder nicht und ob die Feder mit einer vollen Windung oder nur mit einem Teil der letzten Windung auf der Auflagefläche aufliegt. Von weiterem Einfluß ist die Kraftverteilung über den auf der Auflagefläche aufliegenden Windungsteil, die entweder gleichmäßig oder nur auf wenige Punkte beschränkt sein kann.

In F i g. 3 ist der rechnerisch ermittelte Verlauf des Federendes für einige charakteristische Fälle in der Abwicklung schematisch dargestellt. Der O-Punkt des verwendeten Koordinatensystems ist dabei jener Stelle der Schraubenfeder 7 zugeordnet, in welcher in der Schließlage derselben die frei liegenden Federwindungen enden. Rechts von der y-Achse ist der Verlauf der frei liegenden Federwindungen dargestellt, und zwar zeigt die Kurve 11 den Verlauf bei ungespannter Feder und die Kurve 12 jenen bei der Schließlage entsprechender Vorspannung. Auf der linken Seite der y-Achse sind verschiedene Formen der auf dem Verschlußorgan 6 bzw. am Grund des Ringraumes 8 im Fänger 2 aufliegenden Windungsteile gezeigt.

Bei den üblichen Schraubenfedern mit in eine Ebene auslaufenden Endwindungen liegt das Federende im entspannten Zustand in der x-Achse. Bei aufgebogenen Windungsteilen 10 ergibt sich für den Fall, daß die Schraubenfeder 7 mit einer vollen Windung auf den Auflageflächen aufliegt und die auf das Verschlußorgan ausgeübten Kräfte gleichmäßig über den Umfang der aufliegenden Windung verteilt sind, eine durch die gestrichelte Kurve 13 dargestellte Form der letzten Federwindungen an beiden Enden der Schraubenfeder 7. Setzt man dagegen den anderen Grenzfall voraus, in welchem die Federkraft lediglich im Punkt 0 und in dem diesem gegenüberliegenden, mit 14 bezeichneten Punkt je zur Hälfte übertragen wird, so ergibt sich die strichpunktiert eingezeichnete Kurve 15 für den Verlauf der letzten Federwindungen. Zwischen diesen beiden Grenzfällen ist natürlich eine unendliche Anzahl von Zwischenfällen möglich. Für den Fall, daß die Federenden nur über den Winkel 3 π/2 auf den Auflageflachen aufliegen und die Federkraft durch eine im Punkt 0 wirkende Komponente und über einen dem Punkt 0 symmetrisch gegenüberliegenden Bereich gleichmäßig übertragen wird, erhält man die mit kurzen gestrichelten Linien gezeichnete Kurve 16. Aus diesen Darstellungen ist ersichtlich, daß durch entsprechende Wahl der Aufbiegung an den Federenden die verschiedensten Anforderungen erfüllt werden können.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 handelt es sich um ein Sicherheitsventil, das insbesondere bei Schiffsmaschinen verwendet wird, um beim Auftreten von Explosionen im Kurbelkasten eine Beschädigung desselben zu vermeiden. Das aus einer Platte gebildete Verschlußstück 19 ist durch eine ungefähr kegelförmig gewickelte Schraubenfeder 20 belastet, die sich mit ihrem anderen Ende am Abdeckblech 21, welches als Fänger dient, abstützt. Der Ventilsitzring 22 ist mittels eines Gegenringes 23 an der Kurbelkastenwand 24 befestigt. Die Ringe 22, 23 schließen die Wand 24 zwischen sich ein und sind durch Bolzen 25 verschraubt. Die Bolzen 25 halten zugleich das Abdeckblech 21 im Abstand vom Ventilsitzring 22

ίο und dienen auch als radiale Hilfsführung für das Verschlußstück 19. Zur Verbesserung der Abdichtung des Ventils ist ein aus weichem Werkstoff bestehender Dichtring 26 in eine Nut des Ventilsitzringes 22 eingelegt.

Um eine praktisch in der Ventilachse liegende zentrische Resultierende der von der Kegelfeder 20 auf das Verschlußstück 19 in der dargestellten Schließlage wirkenden Kräfte zu erzielen, ist hier auf einer Seite der Kegelfeder 20 eine Beilage 27 zwischen diese und das Verschlußstück 19 eingelegt. Die erforderliche Höhe der Beilage 27 kann entweder berechnet oder durch einen Versuch experimentell ermittelt werden. Außerdem kann die Oberfläche der Beilage 27, auf welcher die Kegelfeder 20 aufliegt, der gewünschten bzw. notwendigen Form des aufliegenden Windungsteiles der Feder 20 entsprechend ausgebildet sein. An Stelle der Beilage 27 kann die Auflagefläche auf dem Verschlußstück 19 eine entsprechende unebene Form aufweisen. Es kann aber auch die Kegelfeder 20 an ihrem Ende, abweichend von der in F i g. 5 gestrichelt eingezeichneten üblichen Form, im Bereich des Windungsteils 28 in Form einer Schraubenlinie mit sich unregelmäßig ändernder Steigung aufgebogen sein.

In F i g. 6 ist die erforderliche Form der letzten, auf dem Verschlußstück 19 aufliegenden Federwindung für zwei beispielsweise Fälle in der Abwicklung schematisch dargestellt. Der 0-Punkt des Koordinatensystems entspricht auch hier wieder dem Ende der frei liegenden Federwindungen und die voll ausgezeichneten Kurven 29 und 30 auf der rechten Seite der >'-Achse stellen den Verlauf der Abwicklung der frei liegenden Federwindungen oberhalb des Punktes 0 in ungespanntem Zustand bzw. in der Schließlage des Verschlußstückes 19 dar. Für den Fall, daß die beiden genannten Enden der frei liegenden Federwindungen in der Schließlage des Verschlußstückes in Umfangsrichtung um einen Winkel π/2 gegeneinander versetzt sind, ergibt sich für die abgewickelte Form der aufliegenden letzten Federwindung die gestrichelt eingezeichnete Kurve 31, wogen für eine Versetzung um den Winkel π eine Aufbiegung der aufliegenden Federwindung nach der strichpunktiert gezeichneten Kurve 32 erforderlich ist. Der genaue Verlauf der Kurven 31 und 32, sowie auch die Form der sich bei anderen Verhältnissen ergebenden Kurven kann, wie bereits dargelegt, ermittelt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 heben vom Ventilsitz einen Impuls zum Taumeln und p . nimmt während der Öffnungsbewegung eine schräge Patentansprüche: Lage em Diese Arbeitsweise hat einerseits eine erhöhte Beanspruchung des Verschlußstückes zur

1. Rückschlagventil, insbesondere Druck- oder 5 Folge und andererseits wird dadurch das volle Öffnen Saugventil für Kolbenverdichter, mit einem durch und Schließen des Ventils verzögert. Weiterhin wenigstens eine koaxial angeordnete, als z. B. neigen solche Ventile zum Flattern. Das einseitige zylindrisch oder kegelförmig gewickelte Schrau- Öffnen des Verschlußstückes ist insbesondere bei benfeder ausgebildete Schließfeder radial geführ- Ventilen, die zur Begrenzung des Druckes in einem ten Verschlußstück, dadurch gekenn- io geschlossenen Raum dienen, von erheblichem Nachzeichnet, daß wenigstens an einem Ende der teil, beispielsweise bei in die Kurbelkastenwand von Schraubenfeder (7,20) derjenige Windungsteil nach dem Zweitaktverfahren arbeitenden Brenn-(10, 28), der bei in der Schließlage befindlichem kraftmaschinen oder in große Öltanks eingesetzten Verschlußstück (6,19) an der Auflagefläche für Sicherheitsventilen, da hierbei bis zu einem bestimmdie Feder anliegt, in unbelastetem Zustand der 15 ten, meist verhältnismäßig niedrigen Druck eine verFeder die Form einer Schraubenlinie mit sich läßliche Abdichtung, beim Überschreiten dieses unregelmäßig ändernder Steigung aufweist, und/ Druckes jedoch ein rasches und möglichst voll- oder daß die Auflagefläche für die Feder an ständiges Öffnen des Ventils erforderlich ist.
wenigstens einem Ende der Feder von einer Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Ebene abweichend schraubenlinienförmig mit 20 das Rückschlagventil der eingangs genannten Bauart sich unregelmäßig ändernder Steigung ausgebildet derart zu verbessern, daß sein Verschlußstück ist, wobei in beiden Fällen die sich ändernde wenigstens in einer bestimmten Stellung, und zwar Steigung derart gewählt ist, daß in der Schließlage zumindest in der Schließlage, durch Schließkräfte des Verschlußstückes der auf der Auflagefläche mit einer möglichst zentrischen, achsparallelen aufliegende Windungsteil (10, 28) im wesent- 25 Resultierenden belastet wird.

liehen über seine ganze Länge elastisch deformiert Die Erfindung löst die genannte Aufgabe dadurch,

ist. daß wenigstens an einem Ende der Schraubenfeder

2. Rückschlagventil nach Anspruch 1, da- derjenige Windungsteil, der bei in der Schließlage durch gekennzeichnet, daß die unregelmäßige befindlichem Verschlußstück an der Auflagefläche Steigung des anliegenden Windungsteils (10, 28) 30 für die Feder anliegt, in unbelastetem Zustand der und/oder der Auflagefläche für die Feder (7, 20) Feder die Form einer Schraubenlinie mit sich underart gewählt ist, daß die von der Feder auf das regelmäßig ändernder Steigung aufweist, und/oder Verschlußstück (6,19) ausgeübten Kräfte in der daß die Auflagefläche für die Feder an wenigstens Schließlage des Verschlußstückes über den Um- einem Ende der Feder von einer Ebene abweichend fang des Verschlußstückes wenigstens annähernd 35 schraubenlinienförmig mit sich unregelmäßig änderngleichmäßig verteilt sind. der Steigung ausgebildet ist, wobei in beiden Fällen

3. Rückschlagventil nach Anspruch 1 oder 2, die sich ändernde Steigung derart gewählt ist, daß dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Ebene in der Schließlage des Verschlußstückes der auf der abweichende Form der Auflagefläche für die Auflagefläche aufliegende Windungsteil der Feder Feder (20) durch wenigstens eine zwischen der 40 im wesentlichen über seine ganze Länge elastisch Feder und der Auflagefläche angeordnete Beilage deformiert ist. Mit dieser Formgebung der Feder oder (27) gebildet ist. deren Auflagefläche wird auf verhältnismäßig einfache Weise erreicht, daß die Feder bei geschlossenem Ventil auf das Verschlußstück Kräfte mit einer

45 wenigstens angenähert zentrischen, zur Ventilachse parallelen Resultierenden ausübt. Wie sich gezeigt hat, ist es gerade bei Rückschlagventilen von besonderem Vorteil, wenn das Verschlußstück mindestens in seiner Schließlage oder wenigstens in der Nähe der

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rückschlag- 50 Schließlage zentrisch belastet ist. Das Verschlußventil, insbesondere Druck- oder Saugventil für stück wird dann über seine ganze Fläche gleichzeitig Kolbenverdichter, mit einem durch wenigstens eine vom Ventilsitz abgehoben und führt daher wenigstens koaxial angeordnete, als z. B. zylindrisch oder kegel- den ersten Teil der Hubbewegung parallel zum Venförmig gewickelte Schraubenfeder ausgebildete tilsitz aus, so daß die Tendenz zum Taumeln weit-Schließfeder radial geführten Verschlußstück. 55 gehend verzögert und herabgesetzt sowie ein rasches

Bei den bekannten Ventilen dieser Bauart wird das Öffnen des Ventils sichergestellt wird. Außerdem Verschlußstück beim öffnen des Ventils um seinen werden Undichtheiten des Ventils vermieden, die bei Umfang herum nicht gleichzeitig vom Ventilsitz ab- einseitiger Belastung des Verschlußstückes durch gehoben, da die in üblicher Weise gewickelten stellenweises Abheben desselben vom Ventilsitz ent-Schraubenfedern, auch wenn die Endwindungen in 60 stehen können.

eine Ebene auslaufen oder senkrecht zur Federachse Bei verhältnismäßig steifem Verschlußstück geeben abgeschliffen sind, bekanntlich im vorgespann- nügt es, wenn sich die zentrische Belastung auf einten Zustand einen einseitigen Druck auf ihre Auflage- zelne Punkte symmetrisch zur Ventilachse verteilt, flächen ausüben. Die Öffnungsbewegung des Ver- Wenn hingegen das Verschlußstück flexibel ist, schlußstückes erfolgt deshalb einseitig, wobei die 65 z. B. aus einer dünnen Metallplatte besteht, kann es Durchströmkanäle des Ventilsitzes auf einer Seite vorkommen, daß sich die flexible Ventilplatte zwifrüher freigelegt werden als auf der anderen Seite. sehen den einzelnen Belastungspunkten durchwölbt Das Verschlußstück erhält daher schon beim Ab- und so trotz symmetrischer Federbelastung Undicht-