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Band XXIX. No. 27.
4. Juli 1885.
Riedler, Ueber die Constructions-Grundlagen der Pumpen- und Gebläse-Ventile.
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Eine weitere Ursache der vorerwähnten Unklarheit ist darin zu suchen, dass auf die Ventilconstructionen einerseits rein praktische Bedingungen, andererseits Constructionsbedingungen mit theoretischer Begründung Einfluss nehmen. Diese Verhältnisse müssen getrennt von einander beurteilt werden; solches wird aber in der Regel unterlassen. Die Vermengung der rein praktischen mit den theoretischen Fragen führt auf vollständig übersichtslose Einzelkritik zufälliger Ausführungsformen.
Es ist nachweisbar, dass alle rein praktischen Anforderungen an Ventile und die aus denselben entspringenden Constructionen nicht von grundsätzlicher Bedeutung sind, so wichtig und unerlässlich die Erfüllung der betreffenden Bedingungen für den praktischen Betrieb auch sein mag. Nur diejenigen Ventilconstructionen, welche aus einer allgemeinen theoretischen Forderung hervorgehen, sind in erster Linie für die Beurteilung der Constructionsgrundlagen massgebend.
Zur Begründung des Gesagten ist eine bestimmtere Auseinandersetzung erforderlich; zur Vermeidung von Weitläufigkeiten möge dieselbe an einem bezeichnenden Beispiele erfolgen.
durch mangelhafte Ventilconstructionen entstanden, und gegenüber ganz schwierigen Verhältnissen wird aller Wahrscheinlichkeit nach Unmögliches verlangt.
Eine ähnliche rein praktische Anforderung von grosser Wichtigkeit betrifft die zuverlässige Führung der Ventile, welche in hohem Masse die Ventilconstructionen beeinflusst und eine Reihe ganz eigenartiger Ventilformen hervorgerufen hat. Von der Führung ist die Zuverlässigkeit der Ventileröffnung, die Vermeidung zufälliger Störungen und Klemmungen und vor allem der zuverlässige Ventilschluss abhängig. Viele Misserfolge mit Ventilen sind ausschliesslich auf mangelhafte Führung derselben zurückzuführen. Aber trotz dieser Wichtigkeit sind auch diese Einzelheiten, ebenso wie die Rücksichten auf die Dichtheit der Ventile, nicht von massgebendem Einflusse für eine allgemeine Beurteilung.
Die Kritik der bisherigen Bestrebungen auf dem Gebiete der Ventilconstructionen darf sich zunächst nicht auf Ausführungen stützen, welche
den praktischen Fragen allein Rechnung tragen; die Beurteilung muss sich vielmehr in erster Linie auf die theoretischen Grundlagen erstrecken.
Die wichtigsten theoretischen Grundlagen, welche die Ventilconstructionen wesentlich beeinflussen, betreffen: Ventilwiderstand, Ventilgewicht und Belastungen, Durchgangsgeschwindigkeit und Ventilhub. Diese sind nun näher zu erörtern.
nur
Ventilwiderstand.
Die Dichtheit der Ventile ist eine rein praktische Forderung von grosser Wichtigkeit, die zu zahlreichen Ventilconstructionen und Verbesserungen Anlass gegeben hat, welche aber insgesammt für eine allgemeine Beurteilung von geringer Wichtigkeit sind; einerseits, weil der grösste Teil der auf Dichtheit der Ventile bezüglichen Fragen unter bestimmten Verhältnissen als gelöst zu betrachten ist, und weil die durch die Erfahrung bewährten Lösungen keineswegs an bestimmte Ventilformen gebunden, sondern auch auf ganz verschiedene Ventile übertragbar sind.
Für alle in der Praxis regelmässig wiederkehrenden wichtigsten Betriebsverhältnisse hat sich die Verwendung bestimmter Dichtungsmaterialien bewährt. Metallische Sitzflächen gegenüber vollkommen reinem Wasser, bei den verschiedenartigsten Maschinen, bis zu den höchsten Pressungen, Leder und in neuerer Zeit Hartgummi gegenüber weniger reinen, kaltem Wasser, auch bei hohen Pressungen. Gegenüber geringen Pressungen entspricht Gummi in jeder Hinsicht, usw. In gleicher Weise haben sich auch für
haben sich auch für Gebläseventile durchaus entsprechende Materialien bewährt, und zwar Leder und Filz für die Saugventile, und gegenüber höheren Windtemperaturen Metalldichtung für die Druckventile. Kurz, für jedes der am häufigsten vorkommenden Betriebsverhältnisse besitzen wir zweckentsprechende Dichtungsmaterialien, deren erfolgreiche Verwendung aber bei den verschiedenartigsten Ventilconstructionen möglich ist. Aus diesem Grunde ist auch den zahlreichen Constructionen, welche nur auf die gute Dichtheit der Ventile allein abzielen, kein entscheidender Wert zuzusprechen.
Hiermit steht nicht in Widerspruch, dass es gegenwärtig noch manche besondere Betriebsverhältnisse giebt, für welche ein entsprechendes Dichtungsmaterial noch nicht gefunden ist. Wenn es gegenwärtig beispielsweise für Abteufpumpen sowie für manche Pumpen für chemische Industrien eine bewährte Ventildichtung noch nicht giebt, so ist zu erwägen, ob gegenüber so aussergewöhnlichen Schwierigkeiten eine Dichtung überhaupt möglich ist, ob es überhaupt ein Material giebt, welches gegenüber so ungewöhnlichen Anforderungen oder schlechter Behandlung entsprechen kann.
Wenn gegenwärtig im allgemeinen noch viele Wünsche unbefriedigt sind, so ist der Grund dafür nicht darin zu suchen, dass es an zweckentsprechenden Dichtungsmaterialien, sondern dass es an richtigen Ventilconstructionen fehlt, und dass die Ventile durch ihre allgemeinen Mängel auch störend auf den Zustand der Dichtung einwirken. Wenn wir Ventile besitzen würden, welche sich vollkommen stofsfrei schliessen und nie die geringste Störung im genauen Spiele veranlassen würden, dann wäre gegenüber der Mehrzahl der praktischen Fälle eine Dichtungsfrage überhaupt nie entstanden. Bei solchen idealen Ventilen müsste sich jedes Dichtungsmaterial vollkommen bewähren, wenn es überhaupt gegenüber der Beschaffenheit der Flüssigkeit zweckentsprechend ist und den auftretenden Auflagedruck auszuhalten vermag. Die Dichtungsschwierigkeiten sind mit wenigen Ausnahmen
Die Widerstände beim Durchströmen der Flüssigkeit durch das geöffnete Ventil sowie beim Deffnen desselben wurden vielfach als so wichtig erachtet, dass besondere Ventilformen entstanden, die in erster Linie darauf abzielten, diese Widerstände möglichst zu verringern,
Hierher gehören zunächst die Constructionen, welche dem Widerstande bei der Ventileröffnung, insbesondere dem sogenannten > Ventilüberdruck, Rechnung tragen. Solche Constructionen sind zahlreich, können aber hier füglich übergangen werden, einerseits weil sie es in der praktischen Verwendung zu einem nennenswerten Einflusse doch nicht gebracht haben, anderseits, weil die Grundlage keine zweifellos richtige ist. Durch zahlreiche Erfahrungen und Versuche ist als erwiesen anzunehmen, dass der Einfluss der Sitzflächen auf den Ventilüberdruck in Wirklichkeit nicht in der Weise auftritt, wie er theoretisch angenommen wird. 1)
Weiters gehören hierher die Ventilconstructionen, welche die Verminderung der hydraulischen Widerstände während der Durchströmung bezwecken. Ihre Zahl ist gleichfalls gross und auch ihre praktische Verwendung ganz bedeutend. Streng genommen ist hier auch der Einfluss kegelförmiger Sitzflächen in Betracht zu ziehen, denn für die Zweckmässigkeit solcher kann zunächst nur geltend gemacht werden, dass dieselben die Wasserströmung weniger ablenken als flache Sitze. Besonders sind aber hier die zahlreichen Arten von Ringventilen u. dgl. hervorzuheben, insoweit durch dieselben möglichst günstige Wasserführung und damit Verminderung der hydraulischen Widerstände bezweckt wird.
Es lässt sich jedoch nicht behaupten, dass die Rücksichtnahme auf diese Widerstände gegenwärtig allgemein beachtet werde und die herrschenden Ventilconstructionen ausschliesslich beeinflusse. Bei den praktischen Ausführungen gelten im allgemeinen andere Grundsätze höher, von denen im späteren noch die Rede sein wird, und es sind flachsitzige Ventile und solche Formen, welche den erwähnten Widerständen wenig oder keine Rechnung tragen, die häufigeren; ausserdem ist der Einfluss dieser Widerstände durchaus zuverlässig noch nicht bestimmt.
Zahlreiche Indicatorversuche an Hochdruckpumpen, die ich in dieser Hinsicht durchführte, ergaben negative Resultate; der günstige Einfluss besserer Wasserführung liess sich nicht in der vermuteten Weise unzweifelhaft erkennen. Genaue Kenntnis der hydraulischen Widerstände wird nur durch ge
1) Hrabak, Zeitschr. 1872 S. 1; Riedler, Indicatorversuche an Pumpen usw., Freiberg, Craz & Gerlach.
deutscher Ingenieure.
1
zu
naue wissenschaftliche Versuche ermöglicht werden; bis zur Erlangung dieser erscheint es geraten, die Rücksichten auf die hydraulischen Widerstände bei der Ausbildung der Ventilformen nicht in erste Linie zu stellen. Erst in der neuesten Zeit hat Professor Bach die mühevolle und in hohem Masse dankenswerte Aufgabe durchgeführt, der Erkenntnis der Ventilwiderstände durch
durch wissenschaftliche Versuche näher kommen"), und hat zunächst die Ventilbelastungen und Ventilwiderstände bei verschiedenartigen Versuchsventilen mit Hilfe eines grösseren, für wissenschaftliche Beobachtungen besonders geeigneten Versuchsapparates ermittelt.
Für die Zwecke der hier beabsichtigten allgemeinen Beurteilung der herrschenden Ventilsysteme kann die Frage der Ventilwiderstände in den Hintergrund treten, weil thatsächlich die Berücksichtigung dieser Widerstände bei praktischen Ausführungen nur untergeordnet zu finden ist.
nur
Eine weitere aus theoretischen Gründen an Ventilconstructionen zu stellende Anforderung betrifft die Ausführung einer richtigen
Ventilbelastung. Der Einfluss des Ventilgewichtes ist bei den älteren Ausführungen im wesentlichen ziemlich unbeachtet geblieben. Man beschränkte sich im allgemeinen auf die Ausführung derjenigen Gewichte, welche die Festigkeit der Ventile erforderlich machte, und suchte das richtige Spiel der Ventile durch Hubbegrenzungen zu sichern.
Bei der Besprechung der Ventilstudien für die Maschine des Mayrauschachtes in Kladno 2) sowie bei Besprechung der »Indicatorversuche« hatte ich Gelegenheit für nähere Erörterung des Einflusses des Ventilgewichtes und der Berechnung des erforderlichen Ventilgewichtes, unter Zugrundelegung der Wasserpressungen, welche auf das Ventil wirken (vgl. auch Zeitschr. 1883 $. 788). Diese Betrachtungen und Schlussfolgerungen wurden mehrfach und ganz besonders in der ausländischen Literatur abfällig beurteilt. Trotz dieser Bemängelungen meiner Anschauungen vermag ich dieselben nicht zu ändern, da sie sich auf Beobachtungen und Versuche stützen. Nachdem ausserdem bei diesen kritischen Auseinandersetzungen auch Missverständnisse unterlaufen sind, so will ich hier kurz das wesentlichste hervorheben, da die betreffende Erörterung auch streng zur Sache gehört.
Inbezug auf das Ventilgewicht glaubte ich, folgende auf zahlreiche Indicatorversuche sich stützende Anschauungen zu Grunde legen zu müssen: Jedes Ventil muss für eine bestimmte Ausführung, namentlich für einen bestimmten Ventilhub, auch ein bestimmtes Ventilgewicht besitzen. Ist dieses Gewicht zu klein, so kann sich das Ventil beim nächsten Hubwechsel auch nicht durch die Einwirkung des Ventilgewichtes allein rechtzeitig schliessen. Es bedarf einer weiteren Kraftwirkung durch den Flüssigkeitsdruck, welch letzterer aber erst nach vollendetem Hubwechsel auftreten, also auch zuverlässigen stofsfreien Ventilschluss nicht bewirken kann. Der anzustrebende ideale Zustand ist der, dass das Gewicht jederzeit dem Drucke der durchströmenden Flüssigkeit das Gleichgewicht hält, mithin das Ventil stets schwebend erhalten wird und eine unmittelbare Hubbegrenzung gar nicht erfordert. Der Ventilhub würde demnach mit der Durchflussgeschwindigkeit wachsen und abnehmen und am Ende jedes Kolbenhubes selbstthätig, nur durch den Einfluss des Ventilgewichtes, wieder Null werden. Die Schlussbewegung würde mithin schon mit der Verzögerung der Kolbengeschwindigkeit beginnen.
Dieser ideale Zustande der Ventilbewegung ist aber wegen des Einflusses der Massenbewegungen und unvermeidlichen Störungen nicht erreichbar, höchstens bei sehr langsamem Gange. Bei raschem Spiele wird im Augenblicke des Hubwechsels noch ein bestimmter Ventilhub plötzlich zurückzulegen bleiben. Der richtige stofsfreie Schluss kann stets nur durch das Ventil selbst, d. i. durch die Schwerkraft, bewirkt werden; hierfür ist aber ein bestimmtes Ventil
gewicht unerlässlich, da beim Schliessen auch Widerstände zu überwinden sind. In dieser Hinsicht erwähnte ich gelegentlich, dass mit Gewichtsventilen günstigere Ergebnisse als die bisherigen möglich sein müssten. Dass durch alleinige Vergrösserung des Ventilgewichtes auch ein rascheres Spiel der Ventile erzielbar sei, lässt sich nicht behaupten; auf die Raschheit des Ventilschlusses kann das Ventilgewicht keinen weitgehenden Einfluss ausüben. Mit der Vergrösserung des Gewichtes wächst auch die Masse, das Ventilgewicht kann mithin zur Erhöhung der Hubzahlen unmittelbar
beitragen, insoweit die vorerwähnten Widerstände während der Schlussbewegung in Betracht kommen, und gegenüber diesen meist veränderlichen Widerständen ist ein Ueberschuss an Gewicht erforderlich. Der unmittelbare Wert und die Notwendigkeit eines genügenden Ventilgewichtes für selbstthätige Ventile ist in der vorerwähnten allmählichen Verkleinerung des Ventilhubes zu suchen. Hiermit steht nicht in Widerspruch, dass die Schwerkraft für alle eben gedachten Zwecke unabhängig vom Ventilgewicht durch andere Kräfte, namentlich durch Federwirkungen, ersetzt werden kann, und dass durch solche Kräfte die Möglichkeit geboten ist, den raschen Ventilschluss bei Vermeidung grosser zu beschleunigender Massen zu bewirken.
Gegenwärtig wird der Einfluss des Ventilgewichtes zumeist richtig gewürdigt, und auf dem zuletzt angedeuteten Wege, mit federbelasteten Ventilen, sind in den letzten 10 Jahren sehr bedeutende Fortschritte erzielt worden. Die Bestrebungen in dieser Richtung sind alt, doch zählen die nachhaltigen Erfolge erst seit der Zeit, als die Metall-(Spiral-) Federn durch Gummirobrfedern ersetzt wurden. Die ersten Erfolge in dieser Hinsicht dürften kaum bestimmt anzugeben sein; doch scheint es, dass hierin die bekannte Firma Tangye in London vorangegangen ist.
So wichtig nun auch aus praktischen und theoretischen Gründen die Beachtung des Ventilgewichtes ist, so kann doch auch diese Frage für die allgemeine Beurteilung der herrschenden Ventilconstructionen nicht entscheidend sein,
weil schliesslich die Ausführung eines bestimmten Ventilgewichtes, welches aus theoretischen oder praktischen Gründen als notwendig erkannt wird, grundsätzlich nicht eine bestimmte Ventilform voraussetzt und in zweckentsprechender Weise an jeder Ventilgattung ausgeführt werden kann. Selbst die Verwendung von Federbelastungen führt nicht auf grundsätzlich verschiedene Ventilconstructionen und wäre auch, mit entsprechenden Aenderungen in den Einzelheiten, für jede Ventilform durchführbar. Alle diesbezüglichen Verhältnisse kommen daher für die angestrebte allgemeine Beurteilung wieder nur in zweiter Linie in Betracht.
Durchgangsquerschnitt.
Der Schwerpunkt aller gegenwärtigen Bestrebungen und die eigentliche und allgemein anerkannte Grundlage der Ventilconstructionen ist im Grundsatze zu suchen: Jedes Ventil muss möglichst grossen Durchgangsquerschnitt haben, also möglichst geringe Durchgangsgeschwindigkeit zulassen. Diese Grundlage wird als ganz selbstverständlich hingestellt. Es wird angenommen,
n, dass beispielsweise bei Pumpen der Durchgangsquerschnitt durch die geöffneten Ventile mindestens gleich dem Pumpenkolbenquerschnitte sein müsse, so lange die Pumpen mit der als »normal « angenommenen mittleren Kolbengeschwindigkeit von etwa 1m laufen, und dass dieser Querschnitt ein vielfaches des Kolbenquerschnittes betragen müsse, wenn die Pumpen für raschen Gang, d. i. sowohl für grosse Hubzahl als auch für grosse Kolbengeschwindigkeit, befähigt sein sollen, und je rascher der Gang, desto grösser müsse auch der Durchgangsquerschnitt sein.
Die Einhaltung dieser Grundregel hat die gegenwärtig herrschenden Ventilconstructionen veranlasst. Hand in Hand mit dieser Regel läuft der zweite Grundsatz für die Construction selbstthätiger Ventile: der Ventilhub muss so klein als möglich sein, um so kleiner, je rascher der Gang der Pumpe ist.
Auf Grund dieser beiden Regeln ist eine Reihe höchst charakteristischer Ventilformen entstanden, welche gegenwärtig das ganze Feld der Pumpen- und Gebläseventile beherrschen,
1) Bach: Versuche über Ventilbelastung und Ventilwiderstand, Berlin 1884.
2) Z. 1883, S. 30.
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Viele dieser Constructionen wurden auch in den Einzelheiten sehr vollkommen ausgebildet, so dass weitere wesentliche Verbesserungen innerhalb einzelner Ventilgattungen wenig wahrscheinlich sind. Die verschiedenen hierher gehörigen Ventilgattungen sind nun eingehend zu beurteilen.
Fig. 5.
Combinirte Einzelventile. – Um den als notwendig
erachteten DurchgangsquerFig. 1.
schnitt zu erzielen, werden Combinirte Einzelventile. einzelne Ventile von gerinMafsstab 1:10.
ger Grösse und kleinem Hub in so grosser Anzahl neben einander auf einem gemeinsamen Sitze angebracht, dass die Summe aller Durchgangsöffnungen den verlangten Querschnitt giebt (Fig. 1). Führt diese Anordnung auf zu grosse Durchmesser des gemeinsamen Sitzes, so werden. die Einzelventile in Etagen über einander aufgebaut.
Für Gebläse ist ähnliche Anordnung ganz allgemein, und im Pumpenbau haben
schon die ältesten Bestrebungen, rascheren Gang zu erzielen, auf die Anordnung mehrerer Ventile neben einander geführt. Die Anzahl solcher Einzelventile auf gemeinsamem Sitze ist in neuerer Zeit selbstverständlich immer grösser geworden, in demMasse, wie immer rascherer Gang angestrebt und zur Erzielung desselben immer grössere Durchgangsquerschnitte (bis zum 3 fachen Kolbenquerschnitte) als notwendig erachtet wurden. Besonders grossen Aufschwung haben solche Ventilconstructionen in den sechziger Jahren durch die unterirdischen Wasserhaltungen erfahren. In den siebziger Jahren wurden, namentlich bei mehreren Maschinen im Waldenburger Revier (erbaut von der Wilhelmshütte in Sprottau), mit Ventilen dieser Gattung hervorragende Leistungen, insbesondere grosse Hubzahlen (80 bis 100 in 1 Minute, bei 2 bis 3m Kolbengeschwindigkeit) in dauerndem Betriebe erzielt. Für grosse Pumpwerke mit niedriger Wasserpressung
hat diese Ventilgattung weniger Eingang Fig. 2.
gefunden, und auch für Hochdruckpumpen Combin. Ringventile. ist sie gegenwärtig teilweise im RückMassstab 1:5.
gange begriffen, zumeist zu Gunsten der Ringventile. In neuerer Zeit wurden diese Ventilcombinationen dadurch besser ausgenutzt, dass die gewöhnlichen einsitzigen Einzelventile durch kleine Ringventile ersetzt wurden. (Fig. 2.)
Der Hauptwert dieser Ventilgattung ist jedenfalls darin zu suchen, dass kleine Einzelventile thatsächlich ein zuverlässiges Ventilspiel gegenüber den schwierigsten Verhältnissen und
und gute Dichtheit der Sitzflächen ermöglichen. Ihre Schattenseiten liegen in der sehr kostspieligen Herstellung und zum Teil auch schwierigen Instandhaltung, Mängel, welche übrigens in grösserem oder geringerem Masse allen nach den genannten Grund
sätzen gebauten Ventilen eigen sind. Etagen-Ringventile. Eine weitere Ventilgattung ergiebt sich auf folgender Grundlage: Der Ventilhub wird so klein ausgeführt, wie zur Erzielung des raschen Ganges erforderlich scheint, und der verlangte Durchgangsquerschnitt dadurch erzielt, dass die Fläche eines einzelnen Ventiles soweit vergrössert wird, dass das Product aus Durchtrittsumfang mal dem angenommenen Ventilhub den verlangten Querschnitt giebt. (Fig. 3.) Dieser Vorgang führt jedoch auf sehr grosse Ventildurchmesser und schlechte Ausnutzung der Ventilfläche für die Durchströmung. Diesen Uebelstand zu vermeiden, werden solche Ventile über einander aufgebaut.
währen eine vorteilhafte Querschnittsausnutzung, leiden aber unter dem Nachteil, dass jeder Ventilring zugleich den Sitz für den nächstfolgenden bilden muss, die einzelnen Ventile hierdurch in Abhängigkeit von einander stehen. Viel zweckmässiger ist die Anbringung der Ventile in Etagen-Ringventil
.
Massstab 1:10. getrennten Etagen (Fig. 5), wodurch die unmittelbare Abhängigkeit der Ventile von einander und die daraus folgenden Störungen vermieden werden. Ventile dieser Art sind überhaupt als diejenigen zu bezeichnen, welche in der letzten Zeit die allergrösste Verwendung gefunden haben für Wasserwerkspumpen, unterirdische Wasserhaltungen und Pumpensätze. Solche Ventile werden gegenüber mässigen Anforderungen inbezug auf Pumpengeschwindigkeit, aber gegenüber sonst schwierigen Verhältnissen in neuerer Zeit am häufigsten verwendet und gehören zu den besten der gegenwärtig üblichen Constructionen.
Concentrische Ringventile. Weiters kann der verlangte Durchgangsquerschnitt bei angenommenem kleinen Ventilhub dadurch erzielt werden, dass die Ventile ringförmig concentrisch angebracht werden (Fig. 6); die Anordnung gewährt gleichfalls sehr gute Ausnutzung der gesammten Ventilfläche und ausserdem die beste Wasserführung und die Möglichkeit einer sehr einfachen, centralen Federbelastung. Solche Ringventile haben jedoch unter ungünstigen Verhältnissen vielfach Misserfolge erfahren, welche überwiegend darauf zurückzuführen sind, dass die Construction grösstenteils auf die Verwendung metallischer Sitzflächen angewiesen ist
deutscher Ingenieure.
der erforderlichen Weise belastet und auf den zulässigen kleinen Hub eingestellt. Ebenso schliessen sich die Ventilringe in der Regel als Ganzes; nur bei vorkommenden Störungen und Ungleichheiten ist es jedem einzelnen Ventilringe möglich, sich unabhängig von den anderen bewegen und einstellen zu können. Unter Anerkennung der vorhin besprochenen Grundlagen des Durchgangsquerschnittes müssen diese Ventile den vollkommensten beigezählt werden, mit denen auch gegenüber sehr schwierigen Verhältnissen, namentlich bei Hochdruckpumpen mit raschem Gang (bis 80 Umdr. in 1 Minute), im andauernden Betriebe günstige Resultate erzielt wurden. Die Durchbildung dieser Ventile ist eine sehr vollkommene, so dass denselben nur die allerdings vielfachen Mängel der ganzen Ventilgattung eigen sind, welche Mängel allgemein noch näher festzustellen sind.
In unmittelbarem Zusammenhange mit dem Durchgangsquerschnitt stehend ist noch vorher die Frage des Ventilhubes kurz zu besprechen.
Geringer Ventilhub ist für die Erzielung des verlässlichen und ruhigen Ventilschlusses unbedingt erforderlich, damit das Ventil den gegebenen Weg (Ventilhub) in der sehr kleinen Zeit während des Hubwechsels rechtzeitig und sicher zurückzulegen vermag. Diese Grundlage ist nie bestritten worden. Je grösser die Hubzahl der Pumpe, desto kleiner ist die Zeit für die Schlussbewegung, desto kleiner muss auch der Ventilhub genommen werden. In dem Masse, wie rascher laufende Pumpen ausgeführt wurden, ist auch thatsächlich der ausgeführte Ventilhub immer kleiner geworden. Ursprünglich wurden für Pumpen mit 1/3 m Kolbengeschwindigkeit, mit etwa 20 Hüben pro Minute, Ventilhübe über 25mm als vollständig zulässig erachtet; mit Erhöhung der Hubzahlen ist der Ventilhub immer mehr ermässigt worden, und gegenwärtig werden gegenüber höheren Anforderungen Ventilhübe über 10mm nie, in sehr vielen Fällen aber solche von weniger als 5mm ausgeführt.
Hervorzuheben ist jedoch, dass der erforderliche kleine Ventilhub keineswegs mit der Zulässigkeit grosser Kolbengeschwindigkeit im Zusammenhange steht, sondern in erster Linie eine Folge der raschen Hubwechsel ist, d. i. also der mit der Hubzahl immer kleiner werdenden Zeit für die Schlussbewegung. Die Kolbengeschwindigheit steht in Hinsicht der Ventile nur mit dem Durchgangsquerschnitte der geöffneten Ventile in unmittelbarem Zusammenhange, nicht aber mit dem eigentlichen Spiele der Ventile, und die ganze Detailconstruction der Ventile ist durch die Kolbengeschwindigkeit sehr wenig, in hohem Masse aber durch die Rücksichtnahme auf raschen Hubwechsel beeinflusst.
Fig. 8.
zu erwägen, dass die meisten Ventilconstructionen durch unmittelbare und zumeist sehr dringende Bedürfnisse der Praxis veranlasst wurden, die in erster Linie Befriedigung verlangten und erst in zweiter Linie vielleicht danach fragten, ob die Lösung auch die bestmögliche war. Weiters haben sich die Ventilconstructionen herkömmlich und in langer Entwicklungszeit ausgebildet, und die praktischen Verhältnisse fordern fast überall gebieterisch das Festhalten am einmal Bewährten und lassen plötzliche Sprünge nicht zu, und so erfolgt die Ausbildung der Constructionen in der Regel in einer Zwangslage. Endlich ist zu berücksichtigen, dass der Erfolg und das Bewährte« stets nur relative Bedeutung haben, d. h. es ist zu erwägen, gegenüber welchen Anforderungen der Erfolg erzielt wurde, und ohne weiteres selbstverständlich ist es, dass Erfolg sehr leicht zu erringen ist, wenn die Anforderungen geringe sind, oder wenn Mängel der Ausführung als selbstverständlich und unvermeidlich hingenommen werden.
Die Beurteilung der üblichen Ventilsysteme zeigt aber, dass die unvermeidlichen Mängel derselben sehr bedeutende sind, und zeigt weiters, dass diese Ventile gegenüber hohen Anforderungen nicht vollkommen entsprechen, und dass sie selbst dort, wo sie sich sehr gut bewährten, den Wunsch nach Verbesserung und namentlich nach Vereinfachung wachgerufen haben.
Um dies nachzuweisen, will ich näher verfolgen, wohin die herrschenden Constructionsgrundlagen in ihren Folgen geführt haben, und ich habe hierbei schwierigere Fälle, etwa Hochdruckpumpen mit raschem Gang, im Auge.
Mit nur je einem einfachen Ventile für Saug- und Druckwirkung kann selbst mässigen Anforderungen nicht immer entsprochen werden; der notwendig kleine Ventilhub verlangt mehrere Ventile bezw. eine der vorhin erwähnten Combinationen. In früherer Zeit begnügte man sich, 2 Ventile zu verwenden, meist in einem elliptischen Ventilkasten neben einander
Pyramiden-Ventile. Massstab 1:15. angebracht; später wurden mehrere Ventile auf gemeinschaftlichem rundem Sitz ausgeführt, und schliesslich wurden ihrer so viele, als eben constructiv überhaupt unterzubringen waren. Auf diesem Wege entstanden Ventilausführungen mit mehr als 60 Ventilen auf einem gemeinsamen Sitze. Bei höheren Anforderungen ist man in der Ventilanzahl noch höher gegangen
und musste die Ventilcombinationen in Etagen über einander anbringen. Auf diesem Wege ist man zu
Ventilpyramiden (Fig. 8) gekommen, mit mehr als hundert, selbst bis 180 Ventilen!
Solche Ventile lassen sich
auch nicht immer in einer einzigen Pyramide auf bauen, und so hat man, in weiterer Befolgung der einmal angenommenen Grundlagen, getrennte, aber zusammenarbeitende Ventilpyramiden ausgeführt, zumeist in der Anordnung, dass die eine Pyramide auf der einen Seite des Pumpenkastens, die zweite auf der anderen Seite desselben angebracht wurde (Fig. 9.).
In ähnlicher Weise haben sich auch die übrigen Ventilsysteme, namentlich die Ringventile, entwickelt. Concentrische Ringventile wurden ausgeführt mit 10, selbst 15 Ringen, alle unter einander zu einem Ganzen verbunden. Auch mit
nun
nun
Auf Grund der im vorigen festgestellten Grundsätze ist
die Beurteilung der herrschenden Ventilconstructionen durchzuführen. Sollen die Constructionen kritisch beurteilt werden, so sind in erster Linie diese Grundsätze einer Kritik zu unterziehen, nicht aber die gelegentlich in der Ausführung sehr verschieden und zufällig behandelten Einzelheiten. Die diesfalls erforderliche Auseinandersetzung müsste zum grossen Teil auf bereits Erörtertes zurückkommen, und es wären namentlich die Schlussfolgerungen aus dem früheren zu ziehen. Nachdem ich aber diese Schlussfolgerungen später bei Besprechung einer neuen Ventilart berücksichtigen muss, 80 will ich die beabsichtigte Beurteilung zunächst nur auf Grund rein praktischer Ergebnisse versuchen, indem ich den Erfolg und die Mängel der gegenwärtig üblichen Ventilconstructionen näher in Erwägung ziehe.
Der Erfolg mit den genannten Ventilen ist ein ganz unzweifelhafter, indem thatsächlich alle bestehenden Pumpen und Gebläse, welche gegenüber einigermassen schwierigen Verhältnissen zu arbeiten haben, mit solchen Ventilen ausgeführt sind und schon seit langer Zeit nicht anders ausgeführt werden. Es ist sogar nirgends zu entdecken, dass von Seiten der Constructeure auch nur der Versuch gemacht würde, von den mehrfach erwähnten Constructionsgrundlagen abzugehen.
Aus diesem unbestrittenen Erfolge ist aber nicht ohneweiters der Schluss zu ziehen, dass die gegenwärtig herrschenden Ventilsysteme auch die einzig richtigen und den gegebenen Verhältnissen entsprechendsten seien. Zunächst ist
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stellenden praktischen Anforderungen, dass man geneigt wäre, sie für gelegentliche Uebertreibungen zu halten, nur in zu weitgehender Auffassung und Durchführung eines sonst richtigen Gedankens entstanden; aber sie sind thatsächlich so häufig, dass solche Vermutung nicht zutreffend wäre. Sie sind weiters aus einem allgemeinen Bestreben, aus der beständigen Verfolgung der mehrfach erwähnten Grundsätze naturgemäss hervorgegangen, sie werden von allen Constructeuren ausgeführt und von den Benützern der Maschinen verlangt. Wenn die Grundlagen des grossen Durchgangsquerschnittes und des kleinen Ventilhubes als richtig anerkannt werden, sind die erwähnten Anordnungen auch naturgemässe Folgerungen, keineswegs übertriebene Zufälligkeiten, und es lässt sich auch nicht wohl absehen, wie unter Beibehaltung der Grundlagen diese weitläufigen Constructionen und ihre Nachteile sich vermeiden lassen könnten.
Auf diesem betretenen Wege ist man weiters dahin gelangt, dass die ausgedehnten Ventilconstructionen Ventilkasten erfordern, deren Querschnitt ein vielfaches des Pumpenkolbenquerschnittes ist (5:1, selbst bis 10:1 bei unterirdischen Hochdruckpumpen), und diese riesigen Abmessungen der Pumpenkasten erfordern wieder ausserordentlich grosse Wandstärken.
Das Unvorteilhafte der hohen Herstellungskosten der weitläufigen Ventilanordnungen und ihrer Ventilkasten sowie der schwierigen Instandhaltung der zahlreichen oder grossen
Viele der auf diesen Grundlagen entstandenen Ventilconstructionen sind derart entgegen allen zunächst aufzu