AT514591B1 - Zylinderkopf für mehrstufige Kolbenverdichter - Google Patents

Abstract

Leerlaufregelung eines mehrstufigen Kolbenverdichters wobei während der Leerlaufphase ein Druckventil (37) einer ersten Verdichterstufe (6) und ein Saugventil (38) einer zweiten Verdichterstufe (14) zwangsweise gleichzeitig offengehalten werden, die erste Verdichterstufe (6) und die zweite Verdichterstufe (14) durch einen dazwischenliegenden, gemeinsamen Raum (36) verbunden werden und ein zu verdichtendes Medium zwischen der ersten Verdichterstufe (6) und der zweiten Verdichterstufe (14) durch den gemeinsamen Raum (36) hin und hergeschoben wird.

Description

Beschreibung

ZYLINDERKOPF FÜR MEHRSTUFIGE KOLBENVERDICHTER

[0001] Die gegenständliche Erfindung betrifft einen Zylinderkopf und ein Verfahren zur Leerlaufregelung eines mehrstufigen Kolbenverdichter mit einer ersten Verdichterstufe die ein Druckventil beinhaltet und einer zweiten Verdichterstufe die ein Säugventil beinhaltet, wobei zwischen der ersten Verdichterstufen und der zweiten Verdichterstufe ein gemeinsamer Raum angeordnet ist.

[0002] Nutzfahrzeuge, wie beispielsweise LKWs, Busse, Baumaschinen oder auch Schienenfahrzeuge, weisen zumeist druckluftunterstützt betätigbare Bremsen auf, zu deren Versorgung mit Druckluft üblicherweise ein Verdichter vorgesehen ist. Dieser wird beispielsweise vom Antrieb des Fahrzeuges, oder, wie bei Schienenfahrzeugen üblich, von einem separaten Elektromotor angetrieben. Gerade bei Kolbenverdichtern werden hohe Anforderungen bezüglich möglichst hoher Leistung trotz kompakter Bauweise gestellt. Ebenso ist bei Verdichtern oftmals eine Leerlaufregelung vorzusehen, insbesondere bei Verdichtern die auch dann angetrieben werden, wenn gerade kein zu verdichtendes Medium benötigt wird. Als Leerlaufregelung können Abhebeeinrichtungen zum Einsatz kommen, die das Ventilelement des Säugventils für eine bestimmte Zeitspanne zwangsweise offen halten. Die Abhebeeinrichtung, bzw. die Betätigungseinrichtung dafür, ist dazu üblicherweise am Zylinderkopf angeordnet und weist einen oder mehrere Abhebefinger auf, der oder die gegen das Ventilelement des Säugventils gedrückt werden, um dieses von dessen Ventilsitz abzuheben und somit offen zu halten.

[0003] Eine solche Abhebeeinrichtung in Form eines Abhebefingers ist beispielsweise aus der DE 3214713 A1 bekannt. Sie zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung von Druckluft mit einer Druckregeleinrichtung, üblicherweise als Governor bezeichnet. Ein Zylinderkopf mit einem Saug- und einem Druckraum ist über einen Druckluftausgang mit einem Vorratsbehälter verbunden. Des Weiteren ist der Zylinderkopf mit einem zusätzlichen, seitlich angeordneten Leerlaufventil ausgestattet, welches den Saugraum im Zylinderkopf, vom kolbenseitigen Verdichtungsraum abgrenzt. Nach Erreichen eines bestimmten Drucks im Vorratsbehälter schaltet der bis dahin in Sperrsteilung befindliche Governor um und Druckluft aus dem Vorratsbehälter wird dazu genutzt, den ebenfalls seitlich angeordneten Abhebefinger zu betätigen. Dieser drückt in seiner aktiven Position das Ventilelement des Leerlaufventils in die geöffnete Stellung und zwar so lange, bis nach einem bestimmten Druckabfall im Vorratsbehälter der Governor wieder in die ursprüngliche Sperrsteilung zurück schaltet und der Abhebefinger wieder in seine inaktive Position zurückkehrt. Während der Offenstellung des Leerlaufventils wird das zu verdichtende Medium zwischen dem Zylinder und dem Saugraum im Zylinderkopf hin- und hergeschoben.

[0004] Nachteilig ist der erhöhte Platzbedarf für das zusätzliche, seitlich vom eigentlichen Saugraum angeordnete Leerlaufventil und dessen ebenfalls seitlich angeordneten Abhebefinger zu sehen. Wie beschrieben, wird in der Leerlaufphase das zu verdichtende Medium zwischen kolbenseitigen Verdichtungsraum und Saugraum im Zylinderkopf hin und her geschoben. Durch das Zurückschieben in den Saugraum und in die daran anschließende Saugleitung, kommt es in der Regel gerade bei langen Saugleitungen zu Pulsationen. Diese können zu unerwünschter Geräuschentwicklung und ungünstigen Druckverläufen im Zylinder führen, welche wiederum die Leerlaufleistung negativ beeinflussen können.

[0005] Aus der DE 3136948 A1 ist eine einstufige Verdichteranordnung mit einer Abhebeeinrichtung für die Ventilelemente des Druck- und Säugventils bekannt. Die Abhebeeinrichtung für das Ventilelement des Druckventils besteht aus einem oberhalb des Zylinderkopfs angeordneten Kolben, welcher bei Druckbeaufschlagung das Ventilelement des Druckventils inklusive den dazugehörigen Ventilfänger vom Ventilsitz abhebt. Eine andere Ausführungsvariante sieht vor, dass neben Ventilelement und Ventilfänger auch der Ventilsitz abgehoben wird, um während des Leerlaufs eine möglichst große Öffnung freizugeben. Das Anheben des Ventilelements erfolgt entweder über einen Mitnehmer der auf Ventilelement, Ventilfänger und gegebenenfalls

Ventilsitz gemeinsam zentral wirkt, oder über seitliche Mitnehmer, die das Ventilelement mit dem zentral angehobenen Ventilfänger verbinden. Gleichzeitig kann auch das Ventilelement des Säugventils offengehalten werden, wobei das Offenhalten der Ventilelemente über die bekannte Druckregelung mittels eines Governors erfolgt.

[0006] Der Nachteil dieser Anordnung kann darin gesehen werden, dass Saug und Druckventil einer Verdichterstufe geöffnet sind und dass das Medium durch das geöffnete Saug- und Druckventil ein- und ausgeschoben wird. Das bereits erwähnte Problem der möglichen Pulsationen ist somit auch hier, sowohl für die Druckleitung als auch für die Saugleitung, gegeben. Weiters ist bei einstufigen Verdichtern zu beachten, dass es aufgrund der hohen Erwärmung im Lastbetrieb zu starken Verunreinigungen an der Druckseite, beispielsweise durch Verkokung von Öl, kommen kann. Diese Verunreinigungen gelangen somit bei geöffnetem Saug- und Druckventil während der Leerlaufphase in den Verdichtungsraum und tragen dort zu erhöhtem Verschleiß bei.

[0007] Zur Realisierung einer Leerlaufregelung bei zweistufigen, beziehungsweise mehrstufigen, Verdichtern werden üblicherweise die beiden Zylinder der ersten und zweiten Stufe im Leerlauf über einen separaten Überströmkanal verbunden. Im Volllastbetrieb wird dieser Über-strömkanal in beiden Zylindern mit Absperrkolben oder Schiebelamellen verschlossen.

[0008] Daraus ergibt sich jedoch wiederum eine Reihe an Nachteilen, wie beispielsweise ein erhöhter Platzbedarf, da der separate Überströmkanal und die zugehörigen Absperrkolben oder Schiebelamellen im Bereich der Zylinder angeordnet werden müssen. Da aufgrund dieser Platzproblematik die Strömungsquerschnitte im Überströmkanal verhältnismäßig klein und dadurch die Strömungswiderstände hoch sind, ergibt sich eine unnötig hohe Leistungsaufnahme während der Leerlaufphase. Bei der Verwendung von Absperrkolben ist weiters die Vergrößerung des Schadraumes als nachteilig anzusehen.

[0009] Es ist daher die Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, eine Leerlaufregelung und einen Zylinderkopf zur Umsetzung des Verfahrens für mehrstufige Kolbenverdichter mit verringertem Platzbedarf anzugeben, welcher die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während der Leerlaufphase ein Druckventil einer ersten Verdichterstufe und ein Säugventil einer zweiten Verdichterstufe zwangsweise gleichzeitig offengehalten werden, die erste Verdichterstufe und die zweite Verdichterstufe durch einen dazwischenliegenden, gemeinsamen Raum verbunden werden und ein zu verdichtendes Medium zwischen der ersten Verdichterstufe und der zweiten Verdichterstufe durch den gemeinsamen Raum hin und hergeschoben wird.

[0011] Dazu ist für eine Leerlaufregelung eine erste Abhebeeinrichtung zum zwangsweisen Öffnen des Druckventils und eine zweite Abhebeeinrichtung zum gleichzeitigen zwangsweisen Öffnen des Säugventil vorgesehen, wobei bei gleichzeitig geöffnetem Druckventil und Säugventil die erste Verdichterstufe über den gemeinsamen Raum mit der zweiten Verdichterstufe verbunden ist.

[0012] Diese Kombination der offengehaltenen Ventile führt dazu, dass während des Leerlaufes das zu verdichtende Medium zwischen den Zylindern der ersten und der zweiten Stufe über den Zylinderkopf hin- und hergeschoben wird. Ein zusätzlicher Überströmkanal und dazugehörige Absperrkolben oder Schiebelamellen entfallen vollständig, wodurch der notwendige Platzbedarf erheblich reduziert wird.

[0013] Es ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der gemeinsame Raum als Zwischenkühler ausgeführt ist. Dadurch wird das zu verdichtende Medium auch während der Leerlaufphase durch den Zwischenkühler bewegt. Eine etwaige, übermäßige Erwärmung des zu verdichtenden Mediums, durch das oftmalige Hin- und Herschieben während längerer Leerlaufphasen, wird dadurch wirkungsvoll vermieden.

[0014] Vorteilhafter Weise ist der gemeinsame Raum durch die Druckkammer der ersten Verdichterstufe und die damit verbundene Saugkammer der zweiten Verdichterstufe gebildet. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauweise.

[0015] In vorteilhafter Weise ist eine Abhebeeinrichtung in Form eines axial geführten, axial verschiebbaren Stufenkolbens ausgebildet. Die Ausführung als Stufenkolben erlaubt ein Betätigen der entsprechenden Abhebeeinrichtung mithilfe eines Steuerdrucks, wobei sich die Abhebeeinrichtung einfach und äußerst platzsparend im Zylinderkopf integrieren lassen, da kein aufgesetzter oder auch seitlich angeordneter Betätigungszylinder oder dergleichen notwendig ist.

[0016] In vorteilhafter Weise ist eine Abhebeeinrichtung in Form eines Abhebegreifers mit Greiferfüßen, welche unter ein Ventilelement greifen, ausgebildet ist. Unabhängig wo oder wie die Druckkammer der ersten Stufe angeordnet ist, lässt sich die Abhebeeinrichtung für das Ventilelement des Druckventils der ersten Stufe dadurch außerordentlich platzsparend anordnen.

[0017] In vorteilhafter Weise ist eine Abhebeeinrichtung in Form eines Abhebefingers, welcher auf ein Ventilelement drückt, ausgebildet. Analog zur Anordnung in der ersten Stufe, lässt sich die Abhebeeinrichtung für das Ventilelement des Säugventils der zweiten Stufe, unabhängig davon wo oder wie die Saugkammer der zweiten Stufe angeordnet ist, dadurch außerordentlich platzsparend anordnen.

[0018] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Abhebeeinrichtung zugleich einen Ventilsitz für das Druckventil und/oder das Säugventil bildet. Im Zuge der Leerlaufregelung wird somit durch Betätigen der Abhebeeinrichtung ein größerer Querschnitt freigegeben, als wenn lediglich das Ventilelement selbst angehoben wird, wodurch sich die Leistungsaufnahme während der Leerlaufphase reduzieren lässt.

[0019] Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Ventilfänger des Druckventils und/oder des Säugventils an einer Abhebeeinrichtung axial anliegend und mit dieser axial verschiebbar ausgebildet ist. Da dadurch der Ventilfänger beim Abheben des entsprechenden Ventilelements mitbewegt wird, wird der mögliche Abhebehub des Ventilelements durch die Lage des Ventilfängers nicht eingeschränkt.

[0020] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt [0021] Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Zylinderkopf während der Leerlauf phase, [0022] Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Lastbetrieb, [0023] Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie lll-lll in Fig. 1, [0024] Fig. 4 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit Abhebeeinrich tung welche zugleich den Ventilsitz bildet, [0025] Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 während der Leerlaufphase.

[0026] Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 für einen zweistufigen Kolbenverdichter in beispielhafter, zweiteiliger Ausführung mit einem Zylinderkopfoberteil 2 und einem axial daran anliegenden Zylinderkopfunterteil 3. Die erste Verdichterstufe 6 weist beispielhaft eine innenliegende Saugkammer 7 und außenliegende Druckkammer 12 in konzentrischer Anordnung, die zweite Verdichterstufe 14 eine außenliegende Saugkammer 13 und eine innenliegende Druckkammer 18, ebenfalls in konzentrischer Anordnung, auf. Ebenso können die Saugkammern 7, 13 und die Druckkammern 12, 18 der ersten Verdichterstufe 6 und der zweiten Verdichterstufe 14 in ihrer Lage vertauscht sein, beziehungsweise von einer konzentrischen Anordnung abgesehen werden.

[0027] I m Zylinderkopfoberteil 2 befinden sich, wie üblich, eine Ansaugöffnung 4 und eine Drucköffnung 5, über welche zu verdichtendes Medium vom Kolbenverdichter angesaugt, beziehungsweise bereits verdichtetes Medium vom Kolbenverdichter abgeführt wird.

[0028] Über die Ansaugöffnung 4 wird das zu verdichtende Medium, infolge der Abwärtsbewegung eines nicht dargestellten ersten Kolbens des Kolbenverdichters über die Saugkammer 7 der ersten Verdichterstufe 6 in den Zylinder 9 der ersten Verdichterstufe 6 gesaugt, wobei das schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 welches unterhalb der zugehörigen Saugventilöffnungen 8 liegt, geöffnet ist. Infolge der Aufwärtsbewegung des erwähnten ersten Kolbens wird das schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 geschlossen und das Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 durch den aufgebauten Druck entgegen der Kraft einer Wellenfeder 19 geöffnet. Die Verwendung einer Wellenfeder 19 ist dabei nur beispielhaft. Auch die Verwendung anderer Elemente, welche zur Erzeugung einer entsprechenden Gegenkraft geeignet wären, ist denkbar.

[0029] Über die Druckventilöffnungen 10 der ersten Verdichterstufe 6 und das geöffnete Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 gelangt das zu verdichtende Medium in die zugehörige Druckkammer 12.

[0030] Durch die Aufwärtsbewegung des nicht dargestellten ersten Kolbens, dem damit verbundenen Ausschieben des zu verdichtenden Mediums und der gleichzeitigen Abwärtsbewegung des, der zweiten Verdichterstufe 14 zugehörigen, ebenfalls nicht dargestellten zweiten Kolbens und dem damit verbundenen Ansaugen, wird das zu verdichtende Medium von der ersten Verdichterstufe 6 in die zweiten Verdichterstufe 14 des Kolbenverdichters gefördert. Dabei bewegt sich das zu verdichtende Medium von der Druckkammer 12 der ersten Verdichterstufe 6, in die Saugkammer 13 der zweiten Verdichterstufe 14 und weiter in den Zylinder 15 der zweiten Verdichterstufe 14. Dabei passiert das zu verdichtende Medium das Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14, welches durch den sich bildenden Differenzdruck des sich abwärts bewegenden, nicht dargestellten zweiten Kolbens entgegen der Kraft einer Wellenfeder 49 geöffnet wird. Wiederum ist, wie auch beim Druckventil 37 der ersten Verdichterstufe 6, die Verwendung einer Wellenfeder 49 dabei nur beispielhaft.

[0031] Auf dem Weg zwischen der ersten Verdichterstufe 6 in die zweiten Verdichterstufe 14 wird das bereits einstufig verdichtete Medium durch einen gemeinsamen Raum 36 geleitet. Der gemeinsame Raum 36 ist dabei durch die Druckkammer 12 der ersten Verdichterstufe 6 und die damit verbundene Saugkammer 13 der zweiten Verdichterstufe 14 gebildet.

[0032] I m Zuge der Aufwärtsbewegung des zweiten Kolbens des Kolbenverdichters wird das Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 geschlossen, das schematisch dargestellte Druckventil 48 der zweiten Verdichterstufe 14 geöffnet und das zu verdichtende Medium über die Druckventilöffnungen 17 in die Druckkammer 18 der zweiten Verdichterstufe 14 ausgeschoben. Das zweifach verdichtete Medium verlässt anschließend den Kolbenverdichter über die Drucköffnung 5 im Zylinderkopfoberteil 2.

[0033] Der beschriebene Vorgang entspricht dem zweifachen Verdichten im üblichen Lastbetrieb.

[0034] Für eine Leerlaufregelung ist eine erste Abhebeeinrichtung 20 zum zwangsweisen Öffnen des Druckventils 37 und eine zweite Abhebeeinrichtung 21 zum gleichzeitigen zwangsweisen Öffnen des Säugventil 38 vorgesehen, welche nachfolgend näher beschrieben werden. Die Abhebeeinrichtungen 20 und 21 sind in der, in Figur 1 dargestellten, beispielhaften Ausführung als Abhebegreifer für das Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 und als Abhebefinger für das Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 ausgeführt. Je nach Anordnung der Druckkammern 12, 18 und Saugkammern 7, 13 der Verdichterstufen 6, 14 sind selbstverständlich auch andere Kombinationen der Abhebeeinrichtungen möglich, wobei vorzugsweise eine möglichst platzsparende Kombination angestrebt wird.

[0035] Die dargestellten Ventile sind beispielhaft und nicht einschränkend mit konzentrischen Ventilelementen dargestellt. Selbstverständlich sind auch andere Bauformen, wie beispielsweise Lamellenventile, nebeneinander angeordnete Ventile oder dergleichen denkbar.

[0036] Figur 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1, wobei der Bereich des Ventilelements 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 während des Lastbetriebs darge stellt ist. Wird als erste Abhebeeinrichtung 20 ein Abhebegreifer vorgesehen, ist dieser beispielsweise mit Greiferfüßen 23, welche unterhalb des Ventilelements 11 angeordnet sind, ausgeführt. Die Greiferfüße 23, welche das Ventilelement 11 während des Leerlaufs abheben, sind in entsprechenden Taschen 24 im Zylinderkopfunterteil 3, versenkt angeordnet.

[0037] Wie erkennbar, ist dadurch im Normalbetrieb ein vollflächiges Aufliegen des Ventilelements 11 des Druckventils 37 auf seinem Ventilsitz 25 gewährleistet.

[0038] In Figur 1 ist weiters erkennbar, dass die Abhebeeinrichtungen 20, 21 durch Federn 22 und 35 in ihrer Ruhelage, in welcher sie die Funktion des entsprechenden Ventils nicht beeinflussen, gehalten werden. Wiederum ist die Verwendung anderer Elemente, welche zur Erzeugung einer entsprechenden Gegenkraft geeignet wären, denkbar.

[0039] I m Zuge der Leerlaufphase, wird mittels der ersten Abhebeeinrichtung 20 das Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 von seinem Ventilsitz 25 zwangsweise abgehoben. Die erste Abhebeeinrichtung 20 wird durch Anlegen eines Steuerdrucks, welcher über die Zuführleitung 27 zugeführt wird, betätigt. Die Zuführleitung 27 mündet dazu in jenen Bereich der ersten Abhebeeinrichtung 20, in welchem sie als axial geführter, axial verschiebbarer Stufenkolben 28 ausgebildet ist. Dabei bewegt sich bei Druckbeaufschlagung die erste Abhebeeinrichtung 20, entgegen der Federkraft der Federn 22 in der Weise, dass er das Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 von seinem Ventilsitz 25 abhebt.

[0040] In gleicherweise wird eine zweite Abhebeeinrichtung 21, welche im dargestellten, beispielhaften Fall als Abhebefinger, welcher auf das Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 drückt, dazu genutzt, während der Leerlaufphase das Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 von seinem Ventilsitz 26 abzuheben. Wiederum mündet eine Zuführleitung 33 für ein Steuermedium in jenen Bereich der zweiten Abhebeeinrichtung 21, in welchem er als axial geführter, axial verschiebbarer Stufenkolben 34 ausgebildet ist. Analog zur ersten Abhebeeinrichtung 20 der ersten Verdichterstufe 6, wird die zweite Abhebeeinrichtung 21 der zweiten Verdichterstufe 14 durch Anlegen des Steuerdrucks entgegen der Federkraft der Federn 35 bewegt und hebt somit das Ventilelement 16 von seinem Ventilsitz 26 ab.

[0041] Der Stufenkolben 28 wird dadurch gebildet, dass die erste Abhebeeinrichtung 20 an zwei zueinander stufenförmig versetzten Führungsflächen 39 und 40 axial geführt wird, sodass durch den Versatz der Führungsflächen 39 und 40 ein Raum 41 ausgebildet wird, welcher es erlaubt, über eine Druckleitung 27 mittels eines Steuermediums einen Steuerdruck am Stufenkolben 28 anzulegen. Selbiges gilt für die zweite Abhebeeinrichtung 21 und den entsprechenden Stufenkolben 34, welcher über die zueinander stufenförmig versetzten Führungsflächen 42 und 43 axial geführt wird und über den gebildeten Raum 44 und die Druckleitung 33 mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird. Die Abdichtung der Abhebeeinrichtungen 20, 21 gegenüber der Führungsflächen 39, 40, 42, 43 erfolgt über entsprechende Dichtelemente 45 wie beispielsweise O-Ringe.

[0042] Beide Abhebeeinrichtungen 20 und 21 werden gleichzeitig über die Zuführleitungen 27 und 33 mit einem Steuerdruck beaufschlagt. Auf diese Weise wird während der Leerlaufphase das Druckventil 37 der ersten Verdichterstufe 6 und das Säugventil 38 der zweiten Verdichterstufe 14 zwangsweise gleichzeitig offengehalten. Dabei wird ein zu verdichtendes Medium zwischen der ersten Verdichterstufe 6 und der zweiten Verdichterstufe 14 durch den gemeinsamen Raum 36, welcher die erste Verdichterstufe 6 mit der zweiten Verdichterstufe 14 verbindet, hin- und hergeschoben.

[0043] Die Reihenfolge der tatsächlichen Aktivierung ist beispielsweise von der Druckangriffsfläche am jeweiligen Stufenkolben 28 und 34 und der rückstellenden Federkraft der Federn 22 und 35 abhängig. Auch das Anlegen verschiedener Steuerdrücke an den Zuführleitungen 27 und 33 wäre denkbar, wobei die unterschiedlichen Steuerdrücke dabei als Steuergrößen für die Aktivierung der Abhebeeinrichtungen 20 und 21 genutzt werden könnten.

[0044] Je nachdem ob zuerst die erste Verdichterstufe 6, oder die zweite Verdichterstufe 14 in

Leerlauf schaltet, können sich kurzfristig die Verdichtungsverhältnisse ändern. Grundsätzlich ergeben sich daraus jedoch, für die Leerlaufregelung keine Nachteile. Selbstverständlich ist auch eine separate Ansteuerung der beiden Abhebeeinrichtungen 20 und 21 möglich, um ein gezieltes, zueinander zeitlich versetztes Aktivieren der beiden Abhebeeinrichtungen 20 und 21 zu ermöglichen.

[0045] Für eine an der Drucköffnung 5 des Zylinderkopfoberteils 2 angeschlossene Druckleitung bestehen in der Leerlaufphase die Möglichkeiten, dass diese entlüftet wird oder unter Druck bleibt.

[0046] Wird die Druckleitung entlüftet, wird der Großteil des zu verdichtenden Mediums, infolge der gegengleich auf- und abwärts bewegten, nicht weiter dargestellten, Kolben, über das abgehobene Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 durch den gemeinsamen Raum 36 und das abgehobene Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 in den Zylinder 9 der ersten Verdichterstufe 6 zurückgeschoben. Ein kleiner Teil des zu verdichtenden Mediums wird über das schematisch dargestellte Druckventil 48 der zweiten Verdichterstufe 14 über die Drucköffnung 5 des Zylinderkopfoberteils 2 ausgeschoben. Die Menge des zu verdichtenden Mediums, die über das schematisch dargestellte Druckventil 48 der zweiten Verdichterstufe 14 ausgeschoben wird, muss über das schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 wieder angesaugt werden. Das schematisch dargestellte Druckventil 48 der zweiten Verdichterstufe 14 und das schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 arbeiten daher in der Leerlaufphase wie auch im Lastbetrieb, jedoch mit wesentlich geringerem Durchsatz. In Folge des geringeren Durchsatzes werden die bereits erwähnten Pulsationen und die damit verbundene mögliche Geräuschentwicklung in der, an den Zylinderkopf angeschlossenen, Saugleitung erheblich reduziert.

[0047] Bleibt die Druckleitung unter Druck, wird nur solange Medium über das schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 angesaugt, bis der Druck im Zylinder der ersten Verdichterstufe 6 nicht mehr unter Umgebungsdruck sinkt. In weiterer Folge bleibt während des Leerlaufbetriebs das schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 geschlossen. Dadurch, dass der Kolbenverdichter durch das geschlossene, schematisch dargestellte Säugventil 47 der ersten Verdichterstufe 6 in der Leerlaufphase von der Saugleitung entkoppelt ist, stellt sich in diesem Fall auch das bereits angesprochene Problem der möglichen Pulsationen und der damit verbundenen Geräuschentwicklung in der, an den Zylinderkopf angeschlossenen, Saugleitung nicht.

[0048] Sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 ist eine Variante dargestellt, bei welcher die erste Abhebeeinrichtung 20 über eine Schulter 29 verfügt, auf welcher ein Ventilfänger 30 axial aufliegt.

[0049] Der Ventilfänger 30 des Druckventils 37 ist somit an der Abhebeeinrichtung 20 axial anliegend und mit dieser axial verschiebbar ausgebildet, wobei selbiges auch für den Ventilfänger 31 des Säugventils 38 denkbar ist.

[0050] Dies erlaubt es, dass in der Leerlaufphase das Ventilelement 11 des Druckventils 37 inklusive dazugehörigen Ventilfänger 30 abgehoben wird. Dadurch wird der mögliche Abhebehub des Ventilelements 11 des Druckventils 37 durch die Lage des Ventilfängers 30 nicht eingeschränkt. Der Ventilfänger 30 könnte ebenso am Zylinderkopfunterteil 3 befestigt werden, wobei der maximale Abhebeweg der ersten Abhebeeinrichtung 20 dann dem Ventilhub entsprechen würde.

[0051] Figur 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie lll-lll in Figur 1. Im Bereich des gemeinsamen Raums 36 sind beispielhaft Kanäle 32 angeordnet, welche mit Kühlmedium durchströmt werden. In der beispielhaften Ausführung ist der durch die Druckkammer 12 der ersten Verdichterstufe 6 und der Saugkammer 13 der zweiten Verdichterstufe 14 gebildete, gemeinsame Raum 36 daher beispielsweise als aktiver Zwischenkühler ausgeführt. Auch ohne dem Vorhandensein der Kanäle 32 und der Nutzung eines aktiven Kühlmediums, wird dem zu verdichtenden Medium im Bereich des gemeinsamen Raums 36, in passiver Weise, Wärme über dessen

Oberfläche entzogen. Wird das, nach dem Verlassen der ersten Verdichterstufe 6 bereits einstufig verdichtete Medium auf dem Weg in die zweiten Verdichterstufe 14 durch den gemeinsamen Raum 36 geleitet, wird daher die Temperatur des verdichteten Mediums entsprechend verringert.

[0052] Figur 4 zeigt analog zu Figur 1 den erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 für zweistufige Kolbenverdichter, jedoch im Lastbetrieb. Weiters ist die erste Abhebeeinrichtung 20 so ausgeführt, dass sie zugleich den Ventilsitz 25 des Ventilelements 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 bildet. Analog dazu ist auch eine nicht dargestellte Ausführungsvariante denkbar, bei welcher die zweite Abhebeeinrichtung 21 so ausgeführt ist, dass sie zugleich den Ventilsitz 26 des Ventilelements 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 bildet.

[0053] Wird im Zuge der Leerlaufregelung die erste Abhebeeinrichtung 20 betätigt, wird daher das Druckventil 37 geöffnet, in dem das Ventilelement 11 des Druckventils 37 inklusive Ventilsitz 25 angehoben wird. Wie auch in den Figuren 1 und 2 ist auch in Figur 4 die erste Abhebeeinrichtung 20 in jener Variante dargestellt, bei welcher sie über eine Schulter 29 verfügt, auf welcher der Ventilfänger 30 axial aufliegt.

[0054] Figur 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 4, wobei der Bereich des Ventilelements 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 und des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 während der Leerlaufphase dargestellt ist.

[0055] Wie auch bei Figur 1 erläutert, wirkt der Steuerdruck in jenem Bereich der Abhebeeinrichtungen 20, 21 in welchem sie als Stufenkolben 28, 34 ausgebildet sind, wobei das Anlegen des Steuerdrucks über die Zuführleitungen 27, 33 erfolgt.

[0056] Durch das Anlegen des Steuerdrucks über die Zuführleitung 27, bewegt sich die erste Abhebeeinrichtung 20, entgegen der Federkraft der Federn 22 in der Weise, dass sie Ventilsitz 25 inklusive Ventilelement 11 und Ventilfänger 30 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 abhebt, um das Druckventil 37 der ersten Verdichterstufe zu öffnen.

[0057] Analog dazu wird über die Zuführleitung 33 ebenfalls der Steuerdruck angelegt, wodurch die Abhebeeinrichtung 21 das Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14, entgegen der Federkraft der Wellenfeder 49 gegen den Ventilfänger 31 drückt, um das Säugventil 38 der zweiten Verdichterstufe 14 zu öffnen.

[0058] Wie zu erkennen ist, ist der Ventilfänger 31 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 in Form eines Absatzes in der Gehäusewand 46, welche den Zylinder 15 der zweiten Verdichterstufe 14 begrenzt, ausgeführt. Analog zum Druckventil 37 der ersten Verdichterstufe 6 ist auch für das Säugventil 38 der zweiten Verdichterstufe 14 ein beweglicher Ventilfänger 31, welcher an der Abhebeeinrichtung 21 axial anliegend und mit dieser axial verschiebbar ausgebildet ist, denkbar.

[0059] Eine Kombination aus abgehobenem Ventilelement 11 des Druckventils 37 der ersten Verdichterstufe 6 und abgehobenem Ventilelement 16 des Säugventils 38 der zweiten Verdichterstufe 14 während des Leerlaufes führt dazu, dass das zu verdichtende Medium zwischen den Zylindern 9 und 15 der ersten und der zweiten Verdichterstufe 6 und 14 hin- und hergeschoben und dabei durch den Zylinderkopf 1 bewegt wird.

[0060] Dadurch, dass das zu verdichtendes Medium nicht nur durch den Kolben der ersten Verdichterstufe 6 zurückgesaugt, sondern auch durch den sich aufwärts bewegenden Kolben der zweiten Verdichterstufe 14 in die ersten Verdichterstufe 6 zurückgeschoben wird, entsteht nur eine sehr geringe Druckdifferenz, wodurch der Ölwurf, also der Öltransfer aus dem nicht dargestellten Kurbelkasten in den Zylinder 9 der ersten Verdichterstufe 6, stark reduziert wird. Selbiges gilt natürlich auch für den Zylinder 15 der zweiten Verdichterstufe 14.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Leerlaufregelung eines mehrstufigen Kolbenverdichters, dadurch gekennzeichnet, dass während der Leerlaufphase ein Druckventil (37) einer ersten Verdichterstufe (6) und ein Säugventil (38) einer zweiten Verdichterstufe (14) zwangsweise gleichzeitig offengehalten werden, die erste Verdichterstufe (6) und die zweite Verdichterstufe (14) durch einen dazwischenliegenden, gemeinsamen Raum (36) verbunden werden und ein zu verdichtendes Medium zwischen der ersten Verdichterstufe (6) und der zweiten Verdichterstufe (14) durch den gemeinsamen Raum (36) hin- und hergeschoben wird.
2. 2. Zylinderkopf (1) für einen mehrstufigen Kolbenverdichter mit einer ersten Verdichterstufe (6), die ein Druckventil (37) beinhaltet, und einer zweiten Verdichterstufe (14), die ein Säugventil (38) beinhaltet, wobei zwischen der ersten Verdichterstufen (6) und der zweiten Verdichterstufe (14) ein gemeinsamer Raum (36) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Leerlaufregelung eine erste Abhebeeinrichtung (20) zum zwangsweisen Öffnen des Druckventils (37) und eine zweite Abhebeeinrichtung (21) zum gleichzeitigen zwangsweisen Öffnen des Säugventil (38) vorgesehen ist und dass bei gleichzeitig geöffneten Druckventil (37) und Säugventil (38) die erste Verdichterstufe (6) über den gemeinsamen Raum (36) mit der zweiten Verdichterstufe (14) verbunden ist.
3. 3. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Raum (36) als Zwischenkühler ausgeführt ist.
4. 4. Zylinderkopf (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Raum (36) durch die Druckkammer (12) der ersten Verdichterstufe (6) und die damit verbundene Saugkammer (13) der zweiten Verdichterstufe (14) gebildet ist.
5. 5. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhebeeinrichtung (20, 21) in Form eines axial geführten, axial verschiebbaren Stufenkolbens (28, 34) ausgebildet ist.
6. 6. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhebeeinrichtung (20, 21) in Form eines Abhebegreifers mit Greiferfüßen (23), welche unter ein Ventilelement (11, 16) greifen, ausgebildet ist.
7. 7. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhebeeinrichtung (20, 21) in Form eines Abhebefingers, welcher auf ein Ventilelement (11, 16) drückt, ausgebildet ist.
8. 8. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abhebeeinrichtung (20, 21) zugleich einen Ventilsitz (25, 26) für das Druckventil (37) und/oder das Säugventil (38) bildet.
9. 9. Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilfänger (30, 31) des Druckventils (37) und/oder Säugventils (38) an einer Abhebeeinrichtung (20, 21) axial anliegend und mit dieser axial verschiebbar ausgebildet ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen