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Absperrschieber mit mehreren gleitbar aneinanderlieg--nden Verschlußteilen
mit schlitzförinigen Durchlaßöffnungen Die Erfindung bezieht sich auf Absperrschieber
mit mehreren gleitbar aneinanderliegenden Verschlußteilen, die mehrere schlitzförinige
Durchlaßöffnungen aufweisen, welche zur Freigabe des Durchlasses durch Relativverschiebung
der Verschlußteile miteinander zur Deckung gebracht werden.
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Es sind bereits verschiedene Absperrschieber und auch Ventile bekannt,
bei denen der Durchlaß durch Schlitze in zueinander verschiebbaren Verschlußteilen
gebildet wird. Bei Absperrschiebern sind diese Verschlußteile plattenförinig ausgebildet.
Dabei sind Absperrschieber mit zwei Verschlußteilen bekannt, bei denen ein Verschlußteil
ortsfest und das andere Verschlußteil verschieblich angebracht ist; es sind aber
auch Absperrschieber mit drei Verschlußteilen bekannt. Bei den letztgenannten sind
entweder zwei Verschlußteile ortsfest und das dritte, z. B. das mittlere, relativ
zu den beiden außenliegenden verschiebbar, oder es sind zwei Verschlußteile (Schieber)
beweglich vor einer nicht beweglichen, mit Schlitzen versehenen (1,#'-anal-)Wand
angebracht.
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Bekannt sind auch bereits Absperrschieber mit kreisseheibenförmigen
Verschlußteilen. Diese Kreisscheiben sind um eine gemeinsame Achse gegeneinander
rotationsverschieblich. Die Schlitze verlaufen dabei radial, und zwar durch den
gemeinsamen Rotationsmittelpunkt.
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Weiterhin sind Ventile des eingangs erwähnten Typs bekanntgeworden,
bei denen die Verschlußteile konisch ausgebildet und verschiebbar ineinander gelagert
sind. Die Schlitze der Verschlußteile verlaufen dabei in der Richtung der Erzeugenden
der kegelförmigen Mantelfläche, und die Einstellung des Durchlasses erfolgt durch
relative Axial- oder Radialverschiebung der Verschlußteile zueinander.
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Sämtliche bisherigen Schieber und Ventile lassen die im Prinzip gleiche
Anordnung der Schlitze erkennen: Die Schlitze aller Verschlußteile verlaufen gleichachsig.
Bei geöffnetem Ventil oder Schieber kommen dadurch die Schlitze vollständig miteinander
zur Deckung.
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Derartige Absperrschieber werden erfindungsgemäß dadurch verbessert,
daß bei jeder Relativstellung der Verschlußteile die Achsen der schlitzförmigen
Durchlaßöffnungen wenigstens eines Verschlußteiles in einem Winkel zu den Achsen
der Durchlaßöffnungen wenigstens eines anderen Verschlußteiles verlaufen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Absperrschiebers machen sich in
erster Linie bei großer Schalthäufigkeit, also z. B. bei einer Verwendung in Verbrennungsmotoren,
bemerkbar. Bei jeder Öff-
nungsstellung des Schiebers sind nämlich die zwischen
den Schlitzen verbleibenden Rippen der benachbarten Verschlußteile an zahlreichen
Punkten miteinander in Kontakt, wodurch eine stabile Führung und ein schneller Temperaturausgleich
zwischen den Verschlußteilen gewährleistet wird. Weiterhin wird durch die eigentümliche
überlagerung der Schlitze eine ständige Selbstreinigung und ein Nachglätten der
aneinander gleitenden Verschlußteile bewirkt.
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Vorzugsweise sind bei einem Schieber gemäß der Erfindung drei aneinanderliegende
Verschlußteile vorgesehen, und zwar derart, daß zwischen zwei fixierten, miteinander
verbundenen Verschlußteilen mit gleichachsig zueinander verlaufenden Schlitzen gleitbar
eine Schieberplatte geführt ist, deren Schlitze unter einem Winkel zu den Schlitzen
der fixierten Verschlußteile verlaufen.
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Die Bewegung der verschiebbaren Verschlußteile kann gemäß der ErfIndung
auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Nach einem Merkmal der Erfindung weist
die mittlere Schieberplatte eine unter einem Winkel zur Plattenebene verlaufende
Ausnehmung auf, in die das entsprechend abgewinkelte Ende einer axial hin- und herverschieblichen
Stange
t# erleitend einfaßt, wobei die hin- und hergehende Bewegung
der Stange durch einen über deren freies Ende laufenden Nocken bewirkt wird.
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Gemäß einem anderen Vorschlag der Erfindung ist an der beweglichen
Schieberplatte eine Stange mit abgewinkeltem Ende befestigt, an dem beidseits rollenartige
Anschläge eines schwenkbaren Armes zur Durchführung der hin- und hergehenden Bewegung
gleiten.
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Schließlich kann erfindungsgemäß eine gelenkig mit der beweglichen
Schieberplatte verbundene Schubstange vorgesehen sein, deren freies Ende mit einem
rotierenden Exzenter in Antriebsverbindung steht.
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An Stelle der bisher erläuterten erfin dungsgemäßen Absperrschieber
mit translatorisch verschobenen Verschlußteilen können auch bei einem Absperrschieber
kreisscheibenförmige Verschlußteile vorgesehen sein, die durch Rotation gegeneinander
bewegbar sind. Erfindungsgemäß verlaufen bei einem derartigen Absperrschieber die
Achsen der Schlitze wenigstens einer Scheibe durch den Rotationsmittelpunkt und
die Achsen der Schlitze wenigstens einer anderen Scheibe durch ein gegenüber dem
Rotationsmittelpunkt versetztes Zentrum.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Ausführungsbeispielen an Hand
der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellt dar Fig. 1 eine
Draufsicht auf einen Verbrennungsmotor mit abgenommenem Kopf mit einem erfindungsgemäßen
Absperrschieber, Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Motor nach F i
g. 1,
F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles der F i
g. 2 mit dem Schieber in Offenstellung, F i g. 4 einen Querschnitt
entlang der Linie 4-4 in F i g. 3,
F ig. 4 A eine vergrößerte Draufsicht mit
teilweise abgedeckten Teilen nach F i g. 3,
F i g. 5 einen Querschnitt
entlang der Linie 5-5
in F i g. 3,
F i g. 6, 7 und
8 Ausführungsbeispiele von Ab-
sperrschiebern mit unterschiedlichen
Antriebsmitteln, F i g. 9 und 10 Draufsichten weiterer Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Absperrschiebers, F i g. 9 A eine Vergrößerung eines
Teils der Konstruktion nach F i g. 9,
F i g. 11 ein Schaubild
mit teilweisem Querschnitt eines erfindungsgemäßen Schiebers in einer Rohrleitung,
F i g. 12 ein transversaler Querschnitt der Konstruktion nach F i
g. 11 und F i g. 13 ein transversaler Querschnitt eines Teils der
Konstruktion nach F 1 g. 12 mit offenem Schieber. Gleiche Bezugsnummern in
den Zeichnungen bedeuten gleiche Teile in den verschiedenen Darstellungen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 bis 5 zeigt die
Anwendung der Erfindung bei einem üblichen Verbrennungsmotor. Im Motorblock 20 sind
ein Kolben 22 und zwei Ventilöffnungen 23 (eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung)
vorgesehen. Jeder Öffnung 23 ist ein Absperrschieber 24 mit einem oberen
plattenförmigen Verschlußteil 26 und einem unteren plattenförinigen Verschlußteil
28 zugeordnet.
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Die Verschlußteile 26 und 28 werden durch einen Abstandsring
30 in parallelem Abstand voneinander gehalten, der durch Schrauben
32 an den Verschlußteilen 26 und 28 befestigt ist. Der Richtigsitz
des Schiebers 24 auf der Öffnung 23 wird entweder durch Friktionssitz in
einer vertieften Öffnung besorgt, wie in F i g. 2, oder aber durch Verlängerung
der Schrauben 32 unter das untere Verschlußteil 28 und in den Motorblock
20.
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Zwischen den Verschlußteilen 26 und 28 befindet sich
eine bewegliche Schieberplatte 34. Zwecks besserer Darstellung zeigt F i
g. 3 einen Abstand zwischen der Schieberplatte 34 und den Verschlußteilen
26 und 28, während diese in Wirklichkeit Oberflächenkontakt haben.
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Die Schieberplatte wird durch eine hin- und hergehende Stange
38 betätigt, welche verschiebbar im Motorblock 20 gelagert ist. Das obere
Ende 40 der Stange 38 nach F i g. 2 ist axial abgewinkelt und hat
den gleichen Durchmesser wie eine öffnung 36 in der Schieberplatte, deren
Achse mit der Vertikalen auch denselben Winkel einschließt. Eine Seite des abgewinklten
Endes 40 hat eine flache Oberfläche 42 (F i g. 3), so daß Schmieröl od. dgl.
aus der Öffnung 36 über dem oberen Ende der Stange einfließen kann. Wesensgleich
wirkende Antriebe sind bei Absperrvorrichtungen an sich bekannt.
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Die Stange 38 wird normalerweise durch eine Spiralfeder 44
in der unteren Endstellung gehalten, welche die Stange 38 umgibt und dadurch
zusammengedrückt wird, daß ihr eines Ende gegen ein Widerlager am Motorblock 20
und ihr anderes Ende gegen eine Scheibe 48 an der Stange anliegt. Die Bewegung der
Stange 38 erfolgt durch einen Nockenläufer 50, welcher in vertikaler
Richtung durch einen Nocken 52 der Nockenwelle 54 betätigt wird. Das obere
Ende des Nockenläufers 50 hat eine Kopfplatte 56, eine Mutter
58 und einen verstellbaren, ein Gewinde tragenden Schaft 60, der eine
(nicht dargestellte) Feststellmutter tragen kann, so daß das Spiel zwischen der
Kopfplatte 56 und dem unteren Ende der Stange 38 einstellbar ist.
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Um den Eintritt des Gasgemisches durch den Schieber 24 zu ermöglichen,
sind die Verschlußteile 26, 28 mit einer entsprechenden Vielzahl von ausgerichteten,
langen Schlitzen 27, 29 versehen. Die Schieberplatte 34 hat ebenfalls eine
Vielzahl von Schlitzen 35, deren Größe, Zahl und Abstand den Schlitzen
27 und 29 entspricht.
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Die Schlitze 35 der Schieberplatte 34 sind zu den Schlitzen
27 und 29 etwas geneigt, so daß sich bei der Hin- und Herbewegung
der Schieberplatte 34 zwischen den Schlitzen 35 und 27, 29 eine Scherenbewegung
ergibt. Es ist hier zu bemerken, daß, wenn die Schlitze 27, 29, 35 genau
parallel wären und wie in F i g. 3 aufeinander ausgerichtet sind, es z. B.
durch Verbiegen des Schiebers zu einem Festlaufen des Schiebers 24 kommen könnte.
Dies wird durch die erwähnte Scherenbewegung vermieden. Als Beispiel zeigen F i
g. 4 und 5 gewisse Abmessungen über die Verkantung der Schlitze
35 einerseits und der Schlitze 27 und 29 andererseits. Genauer
gesagt, bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der AbstandA 0,042 Zoll
(1,0668 mm) und derAbstandB 0,038 Zoll (0,9652 mm). Die Schlitze
35 sind daher nicht zu den betreffenden Seitenkanten der Schieberplatte 34
nach F i g. 4 parallel. Andererseits sind die Abmessungen C
und D, die für die Verschlußteile 26
und 28 dieselben
sind, 0,1.58 Zoll (4,013 mm) bzw. 0,162 Zoll (4,114 mm), so daß die
Schlitze 27 und 29 zu den Seitenkanten der Verschlußstücke nicht
parallel
verlaufen. Wenn daher die Verschlußteile 26
und 28 mit der Schieberplatte
35 zusammengebaut werden, erstrecken sich die Schlitze 27 und
29 etwas quer über die Schlitze 35.
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Die Schlitze 27, 29, 35 können je 0,020 Zoll
(0,508 mm) breit sein, wobei der Schieber in seiner Gesamtbreite
1 Zoll messen kann.
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In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform der Betätigungseinrichtung
dargestellt, und zwar ein Schieber 24a mit einer Betätigungsvorrichtung
62.
Dieser Schieber 24a ist fest in einer öffnung des Motorblocks 20 a eingebaut.
Der Schieber 24 a besteht wir, der Schieber 24 aus durchbrochenen oberen
und unteren Verschlußteilen mit einer dazwischenliegenden Schieberplatte 34a, welche
beim Betrieb auf die oben beschriebene Art und Weise abwechselnd öffnet und schließt.
An der Schieberplatte ist fest oder abnehmbar eine Stange 64 befestigt, von welcher
sich ein Teil rechtwinklig zur Schieberplatte 34a erstreckt, und das Ende
66 abgewinkelt ist.
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Die Antriebsvorrichtung umfaßt einen umlaufenden Exzenter
68 mit einem daran vorgesehenen Kurbelhebel 70, dessen oberes Ende
an einem Schwenkann 72 angelenkt ist, der seinerseits zwisehen seinen Enden
beweglich an einer Welle 74 angebracht ist. Das rechte Ende des Schwenkarmes72 hat
einen sich nach unten erstreckenden Arm 76,
der an seinem unteren Ende ein
Paar von in Abstand vorgesehenen rollenartige Anschläge 78 trägt; diese umgreifen
das abgewinkelte Ende 66, so daß, wenn der Arm 76 des Schwenkarmes
72 unter dem Einfluß des Exzenters nach oben geht, diese Anschläge
78
einen Nockeneffekt auf das abgewinkelte Ende 66
ausüben und so eine
seitliche Bewegung verursachen, wodurch die Schieberplatte 34 a oszilliert und die
abwechselnde öffnung und Schließung des Schiebers bewirkt.
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F i g. 7 zeigt eine weitere Antriebsvorrichtung 80
für
den Schieber 24 a nach F i g. 6. Die Antriebsvorrichtung 80 umfaßt
einen Exzenter 82, der antreibend auf einen auf und ab bewegbaren Hebel 84
einwirkt; ein Ende desselben hat zwei in Abstand vorgesehene Rollen 86, die
das abgewinkelte Ende 66 umfassen das seinerseits mit der Schieberplatte
34a verbunden ist. Rotation des Exzenter bewirkt daher eine seitliche Bewegung der
Schiebexplatte 34a.
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In der Ausführungsforin nach F i g. 8 ist ein Schieber 24a
fest am Motorblock 20b über einer darin befindlichen öffnung23a befestigt.
Hinsichtlich der allgemeinen Konstruktion der oberen und -unteren Verschlußteile
und der dazwischen befindlichen Schieberplatte ist dieser Schieber dem Schieber
24 ähnlich. Der Schieber 24a hat jedoch eine etwas anders ausgebildete Schieberplatte
34 b, an deren einer Seite eine Stange 88 befestigt ist, deren
anderes Ende an einer Schubstange 90 angelenkt ist, die von einem Exzenter
92 angetrieben wird. Rotation des Exzenters 92 bewirkt ein Hin- und
Hergehen der Schubstange 90, die ihrerseits die Stange 88 bewegt,
so daß die damit verbundene Schieberplatte 34 b den Durchlaß freigibt
oder sperrt.
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In der Ausführungsform nach F i g. 9 ist ein kreisföriniger
Schieber 24 c dargestellt, der drei gegeneinander drehbare kreisscheibenförmige
Verschlußteile 94, 96 und 97 aufweist, die auf einem Stift
98
montiert sind. Die Verschlußteile 94, 96, 97 haben je eine
Vielzahl von sich radial erstreckenden, keilförmigen Schlitzen 100, 102,
103, welche grundsätzlich dieselbe Größe und Form haben und so ausgerichtet
werden können, daß Flüssigkeit durch den Schieber 24c hindurchtreten kann. Die Achsen
der Schlitze 100, 103 verlaufen durch die Achse des Stiftes 98, während
die Achsen der Schlitze 102 durch ein Zentrum verlaufen, das gegenüber der Achse
des Stiftes 98 versetzt ist. Die Schlitze 102 stehen schräg zu den Schlitzen
100 und 103 und bewirken eine scherenähnliche Bewegung zwischen den
Kanten der Schlitze, wenn die Verschlußteile relativ zueinander gedreht werden.
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Um die Zeiteinstellung des Schiebers 24 c zu ändem, kann eines der
Verschlußteile 84, 96, 97 so bewegt werden oder die Schlitze in solchen Abständen
angeordnet sein, daß die Schlitze eines Verschlußteiles einen oder mehrere nebeneinanderliegende
Schlitze des anderen Verschlußteiles überspringen und so den Zeitraum zwischen den
offenen Bereichen des Schiebers 24 c variieren.
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Die Ausführungsform nach F i g. 9 kann auch so abgeändert werden,
daß nur die beiden oberen Verschlußteile 94 und 96 benutzt werden.
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Alternativ kann der Schieber nach F i g. 9 als oszillierender
Schieber betrieben worden, d. h., ein oder mehrere Verschlußteile oszillieren
gegenüber den anderen, anstatt ständig in derselben Richtung umzulaufen.
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Die Verschlußteile der F i g. 9 können auch in bekannter Weise
die Form von konzentrischen Kegeln, Halbkugeln u. dgl. haben.
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Der zylindrische Absperrschieber 24 d der Ausführungsform nach
F i g. 10 hat eine äußere Hülse 104 und eine innere Hülse 106, die
konzentrisch angeordnet sind und einen festen Gleitsitz ineinander haben. Die Hülsen
104 und 106 sind (mit nicht dargestellten Mitteln) vertikal relativ verschieblich,
so daß sie in Intervallen das Medium durchtreten lassen. Die Hülsen 104,
106 haben je eine Vielzahl von in Ab-
ständen vorgesehenen Schlitzen
108, 110, welche mit Bezug aufeinander schräg stehen, um so ein Festlaufen
zwischen den Hülsen 104, 106 zu verhindern.
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Fig. 11, 12 und 13 zeigen einen Schnitt einer Rohrleitung112
mit einem darin fest montierten Absperrschieber24e. Der Schieber24e umfaßt ein Paar
fester Verschlußteile26e und 28e und eine Schieberplatte34e. Schieber24e ist mit
einem Betätigungshebel 114 versehen, der von außen bedient wird und der mit der
Schieberplatte 34 e in Verbindung steht. Dieser Schieber 24 e kann konstruktionsmäßig
allen hier beschriebenen und in F i g. 1 bis 10
gezeigten Ausführungen
entsprechen. Der Schieber 24e ist außerdem natürlich auch mit der abgeschrägten
Anordnung von Schlitzen ausgestattet, wie hier beschrieben und in F i
g. 4, 4 A und 5 dargestellt.
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Wie aus F i g. 13 ersichtlich, können die Wandungen der Schlitze
des Ventils 34 e und überhaupt aller hierin beschriebener Absperrschieber in an
sich bekannter Weise stromlinienförmig ausgeführt sein, um Wirbelströmungen zu vermeiden.
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Obwohl der Erfindungsgegenstand im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren
beschrieben ist, läßt sich der Absperrschieber jedoch auch für alle Bedingungen
verwenden, bei welchen Strömungen kontrolliert werden sollen, wie beispielsweise
bei Rohrleitungen, Windtunnels oder Luftverdichtern.
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Durch den Paßsitz zwischen der Schieberplatte 34 und den Verschlußteilen
26 und 28 ist der Schieber in gewisser Hinsicht selbstreinigend und
dies
dank der scherenähnlichen Bewegung zwischen den verschiedenen
Verschlußteilen.
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Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung gegenüber bisher bekannten
Schiebern ist die verhältnismäßig kleine Bewegung von der ganz geschlossenen in
die ganz offene Stellung. Wenn die Schlitze z. B. 0,020 Zoll (0,508 mm) breit
sind und der Abstand zwischen den Schlitzen 0,040 Zoll (1,016 mm) beträgt,
ist die gesamte Bewegung 0,035 Zoll (0,889 mm), während die Bewegung
eines bisher bei Motoren -üblichen Tellerventils l/. bis 1/4 Zoll
(3,17
bis 6,35 mm) beträgt. Der erfindungsgemäße Schieber hat daher
für eine bestimmte Schieberbewegung einen größeren Durchlaß als ein Tellerventil.
Aus dem gleichen Grund, und auch weil die Schieberteile leichter sind als bei einem
Tellerventil, kann die Bewegung außerordentlich schnell erfolgen, so daß auch der
Motor mit höherer Drehzahl laufen kann als mit einem Tellerventil. Der erfindungsgemäße
Schieber kann eine Gesamtdicke von 1/4 Zoll (6,35 mm) oder weniger haben.
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Der Durchlaß des Schiebers hängt von der Ouerschnittsfläche des Schiebers
und von der öffnung ab, in die er eingesetzt ist, und nicht vom Hub, wie dies bei
einem Tellerventil der Fall wäre. Durch die Läppbewegung der Schieberplatte 34 und
der Verschlußteile 26 und 28 wird auch die Schmierung des Schiebers
gefördert.
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Wie in F i g. 6, 7 und 8 dargestellt ist, kann der Absperrschieber
auch ohne Federn betrieben werden. Bei gewissen Ausführungsformen beseitigt die
Abwesenheit der Federn Resonanzprobleme und ermöglicht so höhere Drehzahlen. Bei
normalen Tellerventilen des gewöhnlich benutzten Typs kommt es bei extrem hohen
Geschwindigkeiten zu Resonanzvibrationen des Tellerventilinechanismus.
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Außerdem schließt sich ein Tellerventil bei hohen Geschwindigkeiten
unter dem Einfluß der Trägheitskräfte nie vollständig, sondern oszilliert zwischen
der offenen und einer teilweise geschlossenen Stellung. Die Erfindung ermöglicht
es jedoch, den Schieber stets von der voll offenen in die voB geschlossene Stellung
zu bringen und dies ohne Rücksicht auf die Motorgeschwindigkeit, da die effektive
Bewegung des Schiebers relativ gering ist.