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Watt I
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Kolbenverdichter mit kombiniertem Saug- und Druckventil, insbesondere
für Kältemaschinen Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter mit kombiniertem
Saug- und Druckventil, insbesondere für Kältemaschinen, nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1. Die Erfindung geht damit gleichermaßen aus von der DE-OS 24
26 378 und der DE-OS 30 32 009, in denen Ventilanordnungen beschrieben sind, die
zur Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades im oberen Totpunkt des Kolbens
nur kleine Schadräume aufweisen.
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Charakteristisch für diese kombinierten Saug- und Druckventile ist
ein pilzförmiges Mittelteil zur Bildung des inneren Ringsitzes für die Drucklamelle,
das nach dem Stand der Technik von einem äußeren Ventilplattenteil oder sogar von
dem Ventilgehäusedeckel getragen ist und somit für sich montiert werden muß. Abgesehen
von dem damit verbundenen Arbeitsaufwand bei der Montage ist es für die Dichtheit
der Drucklamelle beim Saughub des Kolbens ungünstig, daß die äußere Sitzfläche an
der Ventilsitzplatte nicht mit der inneren Sitzfläche an dem pilzförmigen Mittelteil
zusammen bearbeitet werden kann. Diesen Nachteil will die Erfindung beheben in Lösung
der Aufgabe, für einen Kolbenverdichter ein einbaufertiges, aus möglichst wenig
Teilen bestehendes kombiniertes Saug-und Druckventil bereitzustellen. Die Lösung
dieser Aufgabe besteht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan -spruches
1.
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Durch die Verbindung des pilzförmigen Mittelteils mit der Ventilsitzplatte
über radiale Stege wird erreicht, daß kein besonderes Deckelteil mehr erforderlich
ist, um das Mittelteil zu tragen und die Drucklamelle abzustützen. Um die Schadräume
weiterhin klein zu halten, ist der im oberen Totpunkt des Kolbens in die ringförmige
Austrittsöffnung der Ventilsitzplatte eintauchende ringförmige Kolbenvorsprung mit
dem Querschnitt der Stege entsprechenden Lücken versehen. Bevor der Federteller
mit der Drucklamelle und der Druckfeder auf der Sitzseite des pilzförmigen Mittelteils
mittels eines Schraubenbolzens befestigt wird, können beide Ringsitzflächen der
nunmehr mit dem Mittelteil einheitlichen Ventilsitzplatte gemeinsam bearbeitet werden,
damit die Drucklamelle eine zuverlässige, dichtende Auflage hat.
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Im Endergebnis ist das kombinierte Saug- und Druckventil gemäß der
Erfindung - soweit bisher beschrieben - bis auf die Sauglamelle eine einbaufertige
Einheit mit einheitlicher Ventilsitzplatte, zumindest was den Ventilsitz für die
Drucklamelle angeht. Die Erfindung ist daher insoweit für die zweiteilige Ausführung
der Ventilsitzplatte nach der DE-OS 24 26 378 anwendbar. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist jedoch auch die Sauglamelle mit der den Eintrittskanälen zugeordneten
Stirnfläche der Ventilsitzplatte drehfest zu verbinden derart, daß die Sauglamelle
im Einbauzustand die Eintrittskanäle unter Vorspannung abdichtet (Patentanspruch
2). Hierdurch wird erreicht, daß die Sauglamelle beim Saughub des Kolbens am Sitz
verbleibt und der volumetrische Wirkungsgrad nicht verschlechtert wird durch eine
Rückströmung des zu verdichtenden Gases, bevor die Sauglamelle schließt.
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Nach dem Stand der Technik hat das pilzförmige Mittelteil eine halbkreisförmig
gebogene Außenfläche, der eine napfförmige mittige Ausnehmung eines Kolbenvorsprunges
genau entsprechen muß, um im oberen Kolbentotpunkt keinen Schad-
raum
entstehen zu lassen. Da die Bearbeitung von zwei genau ineinander passenden Teilen
mit bogenförmigem Umriß schwierig ist, sieht die Erfindung vor, daß das pilzförmige
Mittelteil eine kegelige Außenfläche hat, der die mittige Ausnehmung des Kolbenvorsprunges
angepaßt ist. Die beiden korrespondierenden kegelförmigen Flächen sind so genau
zu bearbeiten, daß im oberen Totpunkt des Kolbens zwischen dem pilzförmigen Mittelteil
und der Ausnehmung des Kolbenvorsprunges kein Schadraum erwächst. Hierzu gehört
auch, daß der Schraubenbolzen zum Befestigen des Federtellers an der Sitzfläche
des pilzförmigen Mittelteils mit seinem Gewindeteil genau mit der kolbenseitigen
Reststirnfläche des Mittelteils abschließt.
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Die Ventilsitzplatte des kombinierten Saug- und Druckventils gemäß
der Erfindung kann hoch genug ausgeführt werden, um die Eintrittskanäle radial anzuströmen.
Hierzu wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß für die einzige oder erste Druckstufe
eines Kolbenverdichters die Einlaßkanäle eingangsseitig zum Außenumfang der Ventilsitzplatte
hin offen sind, was durch die DE-OS 24 26 378 vorgezeichnet ist. Für jede einer
ersten Druckstufe folgenden Druckstufe eines mehrstufigen Kolbenverdichters empfiehlt
die Erfindung, die Einlaßkanäle eingangsseitig zur freien Stirnfläche der Ventilsitzplatte
hin offen auszuführen unter Umständen ebenfalls durch eine zweiteilige Ausführung
der Ventilsitzplatte nach der DE-OS 24 26 378.
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In diesem Falle besteht das kombinierte Saug- und Druckventil aus
zwei losen Teilen, die einfach nacheinander in das Kompressorgehäuse eingelegt werden.
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Ein besonderer Vorteil der Ventilsitzplatten gemäß der Erfindung mit
kombiniertem Saug- und Druckventil ist darin zu sehen, daß ein und dieselbe Ventilsitzplatte
für mehrere Durchmesser-Abstufungen von Zylindern verwendbar ist, wobei der kleinste
Zylinderdurchmesser von dem Radius bestimmt ist, auf dem die zylinderseitige Öffnungen
der Ein-
laßkanäle liegen, und wobei der größte Zylinderdurchmesser
von der Orientierung der Haltestifte für die Sauglamelle bestimmt ist, da die Haltestifte
innerhalb der Wandstärke der Zylinderwand liegen müssen.
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Da die Erfindung Ventilsitzplatten mit radialer Anströmung für eine
erste Druckstufe sowie Ventilsitzplatten mit axialer Anströmung für eine zweite
Druckstufe umfaßt, liegt ein gemeinsamer Zylinderdeckel für zwei benachbarte, hintereinander
geschaltete Zylinder zweier Druckstufen im Rahmen der Erfindung, der-innerhalb der
stirnseitigen Einlaßkanäle der Ventilplatte nach Patentanpruch 5 mit einem Ring-Ansatz
an der Stirnfläche der Ventilsitzpatte dichtend anliegt und außerhalb des Ring-Ansatzes
überströmkanäle aufweist, die zur Druckseite der Ventilsitzplatte nach Anspruch
4 des Zylinders für die erste Druckstufe führen.
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InWder Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines Kolbenverdichters
gemäß der Erfindung mit zwei verschiedenartigen Ventilsitzplatten dargestellt, und
zwar zeigt: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch zwei benachbarte Zylinder mit
Zylinderdeckel, mit eingangsseitig zum -Außenumfang der Ventilsitzplatte hin offenen
Einlaßkanälen für die erste Druckstufe, Fig. 2 die Ventilsitzplatte nach Fig. 1,
die rechte Hälfte in Draufsicht und die linke Hälfte in Untersicht, Fig. 3 die Ventilsitzplatte
nach Fig. 2 im Querschnitt nach der Linie III - III in Fig. 2,
Fig.
4 eine Sauglamelle in Draufsicht, Fig. 5 eine Teilansicht der Sauglamelle nach Fig.
4 in Pfeilrichtung A, Fig. 6 eine Ventilsitzplatte mit eingangsseitig zur freien
Stirnfläche der Ventilsitzplatte hin offenen Eingangskanälen für eine zusätzliche
Druckstufe, die linke Hälfte in Draufsicht und die rechte Hälfte in Untersicht,
Fig. 7 eine Ventilsitzplatte nach Fig. 6 im Querschnitt nach der Linie VII - VII
in Fig. 6, Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Zylinder einer zusätzlichen Druckstufe
mit einer Ventilsitzplatte nach Fig. 6 und 7 sowie mit einem Zylinderdeckel.
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In der Teildarstellung eines Kolbenverdichters nach Fig. 1 erkennt
man einen Zylinderblock 1 mit zwei Zylindern 2 und 3, in denen Kolben 4 und 5 gegenläufig
bewegt werden.
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Der Kolben 4 steht im oberen und der Kolben 5 steht im unteren Totpunkt.
Der Zylinderblock 1 ist nach oben durch einen Zylinderdecke.l 6 geschlossen, aus
dem die Druckluft in nicht näher dargestellter Weise in den Druckbehälter abgeleitet
wird. Die Frischluft wird seitlich vom Zylinder 3 durch dl trischluft-zuführung
7 angesaugt und umspült die Wandung 3a des Zylinders 3 vollständig sowie die Wandung
2a des Zylinders 2 teilweise bis zu der Höhe der Eintrittskanäle 8a von Ventilsitzplatten
8,; die in Bohrungen des Zylinderblocks 1 eingesetzt sind und-auf den oberen Stirnflächen
der Zylinderwandungen 2a, 3a ruhen. Die Ventilstizplatten 8 werden durch senkrechte
Stege 6a des Zylinderdeckels 6 in Position gehalten. Da die Luft-Eintrittskanäle
8a der Ventilsitzplatten 8 zu deren Außenumfang hin offen und gegenüber der Frischluftzuführung
7
parallelogeschaltet sind, handelt es sich bei der dargestellten 2-Zylinder-Anordnung
um einen Kolbenverdichter mit einer einzigen oder ersten Druckstufe. Kennzeichnend
hierfür ist die radiale Anströmung beider Ventilsitzplatten 8 über die Eintrittskanäle
8a.
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Da beide Ventilsitzp-latten 8 gleich sind, wird der Aufbau der Ventilsitzplatten
anhand der geschnittenen Darstellung der zum Zylinder 2 gehörenden Ventilsitzplatte
wie folgt näher erläutert: Die ulmfangsverteilten Eintrittskanäle 8a münden in eine
kolDenseitige Ringöffnung 8b ein (Fig. 2 und 3), die durch eine in Fig. 4 und 5
näher dargestellte Sauglamelle 10 beherrscht wird. Diese Sauglamelle 10 hat ein
inneres geschlossenes Ringteil 1Oa, das die kolbenseitige Ringöffnung 8b der Ventilsitzplatte
8 verschließt, solange nicht durch einen Saughub des Kolbens 4 Luft angesaugt wird.
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Außerhalb des geschlossenen Ringteils 10a hat die Sauglamelle 10 um£ungsverteilte
nierenförmige Ausschnitte 1Ob, innerhalb deren Länge ein äußeres Ringteil 10c aufgeschnitten
ist, so daß getrennte Zungen 10d gebildet werden.
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Die gegenüberliegenden Enden der Zungen sind mit halbkreisförmigen
Ausstanzungen 11 versehen, die zur drehfesten Halterung der Sauglamelle 10 an der
Unterseite der Ventilsitzplatte 8 dienen, Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Zungen
iOd gleichsinnig gegenüber der Ebene des geschlossenen Ringteils 1Oa aufgebogen
sind. Wenn in die Nahtstellen von aufgebogeaen Zungen 10d Haltestifte mit Kopf 12
eingesetzt und in Bohrungen an der Unterseite der Ventilsitzplatte 8 eingetrieben
werden, so werden die Zungen 1Od in die Ebene des inneren Ringteils 10a geradegebogen,
wodurch die Sauglamelle 10 unter Vorspannung an der Ventilsitzplatte 8 befestigt
ist, wie Fig. 1 zeigt. Aus Fig. 2 und 3 sind die Bohrungen 13 in der Untersicht
der Ventilsitzplatte 8 erkennbar, in die die Haltestifte 12 zur Befestigung der
Sauglamelle 10 eingeführt werden.
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Ubergehend auf Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, daß die V-entilplatte
8 mit einem pilzförmigen Mittelteil 14 einheitlich ist, das über umfangsverteilte
radiale Stege 15 mit dem äußeren Teil der Ventilsitzplatte 8 verbunden ist.
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Zwischen den radialen Stegen 15 befinden sich vier nierenförmige Abschnitte
16 als druckseitige Austrittsöffnung für die Druckluft. Diese nierenförmigen Austrittsöffnungen
werden beherrscht durch eine Drucklamelle 17 (Fig. 1), die über eine Druckfeder
18 von einem Federteller 19 abgestützt ist, der auf der Sitzseite des pilzfömigen
Mittelteils 14 mittels eines Schraubenbolzeng BO befestigt ist.
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Der innere Ringsitz für die Drucklamelle 17 wird also von dem pilzförmigen
Mittelteil 14 und der äußere Ringsitz0 wird von einer eingelassenen Ringfläche 21a
einer Ausdrehung 21 der Ventilsitzplatte 8 gebildet, und da das pilzförmige Mittelteil
14 sowie-der übrige Bereich der Ventilsitzplatte 8 einheitlich sind, können beide
Ringsitzflächen für die Drucklamelle 17 gleichzeitig bearbeitet werden (Fig. 3).
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Zur Vermeidung von Schadraum im oberen Totpunkt der Kolben 4 und 5
sind die Kolben mit einem Kolbenvorsprung 22 versehen, der eine kegelige mittige
Ausnehmung 23 hat2 in den das mit einer ebensolchen kegeligen Außenfläche versehene
pilzförmige Mittelteil 14 im oberen Totpunkt der Kolben eintaucht. Der ringförmige
Kolbenvorsprung 22 ist am oberen Rand mit Lücken 24 versehen, die gestaltungsmäßig
den radialen Stegen 15 der Ventilsitzplatte 8 entsprechen.
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Auf diese Weise treten die stehengebliebenen Ringteile 22a des Kolbenvorsprunges
22 in die nierenförmigen Austrittsöffnungen 16 der Ventilsitzplatte 8 ein, wenn
ein Kolben im oberen Totpunkt ist. Zur Niedrighaltung der Schadräume ist im übrigen
der Schraubenbolzen 20 Zur Halterung des Federtellers 19 bis zum unteren Ende despilzförmigen
Mittelteils 14 geführt.
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Eine weitere Verringerung des Schadraumes ergibt sich auch aus der
bereits beschriebenen Befestigung der Sauglamelle 10 mittels der Haltestifte 12,
für deren Köpfe in die Stirnseiten der Zylinderwandungen 2a und 3a lediglich Aussparungen
26 in Gestalt von kurzen Sacklöchern einzuarbeiten sind.
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Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ventilsitzplatte 28 sind die
Einlaßkanäle 9a eingangsseitig zur freien Stirnfläche der Ventilsitzplatte hin offen,
womit diese Ventilsitzplatte für eine zweite zusätzliche Druckstufe eines kolbenverdichters
mit gemeinsamem Zylinderdeckel für zwei hintereinander geschaltete Druckstufen eingerichtet
ist.
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Es sind auch hier vier Einlaßkanäle 9a vorgesehen, die in eine kolbenseitige
Ringöffnung 9b einmünden, die von einer Sauglamelle beherrscht wi-rd. Im übrigen
entspricht die Ventilsitzplatte 28 derjenigen der in Fig. 2 und 3 dargestellten
Ventilsitzplatte 8.
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Fig. 8 zeigt einen teilweisen Schnitt durch einen Zylinder mit der
Zylinderwandung 30 und einen Kolben 31, mit einer Ventilsitzplatte 28 für axiale
Anströmung. Dieser Zylinderanordnung 30, 31 ist ein Zylinderdeckel 32 zugeordnet,
der auch einen benachbarten Zylinder einer ersten, vor oder hinter der Zeichenebene
liegenden Druckstufe abdeckt, die von einem Zylinder 2 oder 3 nach Fig. 1 mit Ventilsitzplatte
8 gebildet sein könnte. Der gemeinsame Zylinderdeckel 32 für zwei benachbarte, hintereinander
geschaltete Zylinder zweier Druckstufen hat innerhalb der stirnseitigen Einlaßkanäle
9a der Ventilsitzplatte 28 einen Ringansatz 32a, der an der Stirnfläche 28a der
Ventilsitzplatte 28 dichtend anliegt. Außerhalb -des Ringansatzes- 32a hat der Zylinderdeckel
Uberströmkandle 33, die mit den Einströmkanälen 9a der Ventilsitzplatte 28 einerseits
und mit dem der Drutklamelle 17 des Zylinders der ersten Stufe zugeordneten Ausgang
andererseits in Verbindung stehen. Auf diese Weise gelangt die Druckluft der ersten
Stufe innerhalb ein-und desselben Zylinderdeckels 32 an die Saugseite
der
zweiten Stufe mit der Ventilsitzplatte 28. Über den von dem Ringansatz 32 umschlossenen
druckseitigen AuNgtang der Ventilsitzplatte 28 gelangt die Druckluft der zweiten
Stufe in einen Aufsatz 34 zum Anschluß einer Druckleitung 35.
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Bezügszeichen-Verzeichnis 1 - Zylinderblock 2 = Zylinder 2a = Zylinderwandung
Zylinder 3a = Zylinderwandung 4 = Kolben 5 - Kolben 6 = Zylinderdeckel 6a = Stege
7 = Frischluft-Einlass 8 = Ventilsitzplatte 8a = Eintrittskanal 8b = kolbenseitige
Ringöffnung 9a = Eintrittskanal 9b = kolbenseitige Ringöffnung 10 = Sauglamelle
1Oa = inneres Ringteil 10b = nierenförmige Ausschnitte 10c = äusseres Ringteil 10d
= Zungen 11 = halbkreisförmige Ausstanzungen 12 = Haltestifte mit Kope 13. = Bohrungen
14 = pilzförmiges Mittelteil 15 - radiale Stege 16 = nierenförmige Austrittsöffnungen
17 - Drucklamelle 18 = Druckfeder 19 = Federteller 20 = Schraubenbolzen 21 = Ausdrehung
21a = Ringfläche 22 = Kolbenvorsprung
22a = stehengebliebene Ringteile
23 = mittige Ausnehmung 24 = Lücken 26 = Aussparungen in Zylinderwand 28a = Stirnfläche
der Ventilsitzplatte 30 = Zylinderwand 31 = Kolben 32 = gemeinsamer Zylinderdeckel
32a = Ringansatz 33 = Uberströmkanäle 34 = Aufsatz 35 = Druckleitung
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