EP2005002B1 - Schraubenverdichter mit entlastungsventil - Google Patents

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EP2005002B1
EP2005002B1 EP07724034.9A EP07724034A EP2005002B1 EP 2005002 B1 EP2005002 B1 EP 2005002B1 EP 07724034 A EP07724034 A EP 07724034A EP 2005002 B1 EP2005002 B1 EP 2005002B1
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EP
European Patent Office
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pressure
compressor arrangement
control piston
compressor
feed pressure
Prior art date
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EP07724034.9A
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English (en)
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EP2005002A1 (de
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Engelbert KÖCK
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C28/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control
    • F04B49/022—Stopping, starting, unloading or idling control by means of pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
    • F04C28/28—Safety arrangements; Monitoring
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/2496—Self-proportioning or correlating systems
    • Y10T137/2559—Self-controlled branched flow systems
    • Y10T137/2574—Bypass or relief controlled by main line fluid condition
    • Y10T137/2605—Pressure responsive

Definitions

  • the present invention relates to a compressor assembly, in particular a screw compressor for compressed air generation, comprising a compressor housing having a suction region and further comprising a feed pressure port for supplying the compressed pressure medium, wherein a means for venting the feed pressure port is provided.
  • An intake control device for a compressor is known, in particular for a screw compressor with an oil injection.
  • a screw compressor with oil injection usually present check valve that after switching off the compressor leakage Oil from the oil tank prevented.
  • relief valves are known, in particular in screw compressors with a small delivery quantity, which however have the disadvantage that no complete relief takes place up to ambient pressure, but only according to the pressure relief takes place, which is sufficient for the function of the valve, in particular for the required spring pressure in Valve.
  • the EP 0 684 385 A1 discloses a compressor assembly whose intake region is formed by a suction valve. After switching off the compressor assembly, a venting of the system-side pressure accumulator by a spring-reset monostable relief valve is transferred by a withdrawn from the suction overpressure from a blocking position to a passage position to connect the pressure accumulator via a conduit system with the atmosphere. Due to the multi-membered pressure line system used and the valve technology, this technical solution seems quite expensive.
  • the invention includes the technical teaching that the device comprises a springless relief valve having a control piston, which occupies a first switching position during operation of the compressor assembly and closes the feed pressure port against at least one sealing element and the control piston in the off state of the compressor assembly via a with the Intake area communicating control pressure port can be acted upon by an increase in the pressure in the intake and thereby assumes a second switching position in which vented the feed pressure port via a vent port.
  • the relief valve according to the invention is characterized in that it requires neither a return spring nor an external control. In addition, no nozzle is required, and the venting of the feed pressure side takes place in a short time exclusively via the relief valve. From the proposed means for venting the feed pressure port it is apparent that the valve causes only small delivery losses during the short switching operation of the closing, but not during operation. This means that, especially with smaller compressors, at the benefit of each additional delivery loss is particularly noticeable, the advantage is that the complete delivery volume of the compressor without restriction to the at least one consumer is available.
  • the control piston has two switching positions, wherein the first switching position is present in the operation of the compressor assembly and the second switching position in the off state.
  • the air presses with overpressure from the compressor housing from the clean side of the air de-oiling element through the feed pressure port on an annular feed pressure surface, so that the control piston closes the feed pressure port against the sealing element.
  • the control piston remains in the first switching position, while in the intake region, and thus with this in fluidly communicating control pressure port, a considerably lower pressure of the corresponding pressure medium than in the feed pressure port is present.
  • annular control pressure surface is formed opposite to the feed pressure surface on the control piston, which is acted upon via the control pressure port, wherein the control piston occupies the second switching position via the pressurization of the control pressure surface. This is achieved as soon as the compressor is switched off. The compressed, mixed with oil air strikes back into the intake, so that equally the control pressure port is pressurized. A check valve ensures a maintenance of the pressure in the intake, so that the control piston is pressurized via the control pressure surface, and this occupies the second switching position. As a result, the sealing element is released, so that the air from the clean side, i. from the supply pressure port via the relief valve can flow.
  • control piston is formed so advantageous that the control pressure surface is greater than the feed pressure surface, so that the control piston assumes the second switching position at approximately the same pressure of the feed pressure in the feed pressure port and the control pressure in the control pressure port.
  • the switching movement of the control piston is only possible because the effective areas are different in size, since applied to both the feed pressure port and the control pressure port housing pressure. After switching the compressor vented on the side of the feed pressure port to ambient pressure.
  • the relief valve is received directly from the housing of the compressor assembly, wherein the housing forms the valve seat.
  • the control piston is annular, and a guide element extends coaxially through the control piston, wherein the guide element can be screwed via a thread in the housing and receives the sealing element.
  • the relief valve is not formed as a single part, but integrated directly into the housing of the compressor assembly.
  • the geometric design of the valve seat comprises a plurality of concentric bores, which are arranged coaxially with each other such that they can be manufactured from a machining direction, preferably by drilling.
  • the guide element is helically designed, which comprises a cylindrical guide portion and a screw shank portion, so that it can be screwed into a thread, and thus either firmly defined screwed to the stop or can be varied in the depth of engagement.
  • the part of the guide element forming the valve component has correspondingly machined outer circumferential surfaces, wherein the latter further receives the sealing element against which the control piston seals in the first switching position.
  • the guide element via an outer cylindrical surface for guiding the annular piston, wherein the annular piston moves axially over the guide element on its stroke length.
  • the control piston is provided with radially extending bores, which form venting channels between the annular gap and the venting connection.
  • the annular gap is designed as a ventilation cross section between the control piston and the guide element.
  • the pressure medium can now be removed from the feed pressure port via the annular gap between the piston Bleed the guide element and the ring piston through the radial bores into a vent connection.
  • the vent connection preferably leads into the suction filter of the compressor, since the pressure medium may be contaminated with oil and thus does not reach the atmosphere.
  • valve seat forming bores are closed to the outside with a closure element, wherein the closure element is detachably arranged in the housing.
  • the closure element further comprises a seal to seal against the outside of the housing of the compressor pressure-tight.
  • the closure element may be formed as a lid-shaped plate, which is arranged with a snap ring in a corresponding bore or a groove, whereas the closure element may also be designed as a screw-in lid or as a closure element which is pressure-tight with a plurality of individual connection elements on the housing is attached.
  • the necessity of the closure element results in particular from the manufacture of the valve seat, since the individual contours have to be generated in the housing from a machining direction supplied from the outside of the housing, so that subsequently a pressure-tight closure is required.
  • compressor assembly 1 initially comprises a compressor housing 2, which has a suction region 3, from which the air to be compressed is sucked. This is supplied as feed pressure air to the corresponding consumers, wherein the feed pressure is also present in the feed pressure port 4.
  • a relief valve 5 is shown, wherein the relief valve is present in a first switching position.
  • the relief valve is used to vent the feed pressure port 4 when the compressor assembly 1 is put out of operation.
  • the feed pressure port 4 is connected to the clean side of the Lucasentölelements, and has a housing overpressure during operation, said overpressure is lowered when switching off the compressor assembly 1 by means of the relief valve to ambient pressure.
  • the illustrated relief valve 5 further comprises a control piston 6, which is located in the first switching position.
  • the control piston 6 seals the feed pressure connection 4 against a sealing element 7.
  • the feed pressure in the feed pressure port 4 has in operation at a pressure which is higher than the ambient pressure. With the feed pressure, a feed pressure surface 8 is acted upon, so that the control piston 6 - in the image plane - moves upward.
  • the control piston 6 is annular, wherein a sealing surface is arranged so that it moves in a movement of the control piston 6 up against the sealing element 7 and thereby seals.
  • the feed pressure port 4 is thus sealed pressure-tight, since this is sealed in the lower region of the control piston 6 on the outside against the valve seat in the compressor housing 2 also with a sealing element.
  • a guide element 9 extends coaxially through the annular control piston 6. This is screwed into a threaded bore in the lower region of the valve seat in the housing 2, so that the guide element 9 in the vertical position either firmly defined screwed to the stop or be variably arranged depending on the depth of engagement can.
  • the sealing element 7 is received in the guide member 9 and is formed as an O-ring seal.
  • the intake area 3 is connected via a control pressure port 10 with the relief valve 5, wherein above the control piston 6, a control pressure chamber 11 is formed. Since during operation of the compressor assembly 1, the pressure in the intake 3 and thus in the control pressure chamber 11 is low and approximately equal to the ambient pressure, the control piston 6 remains in the first position, and seals the feed pressure port 4 against the sealing element 7.
  • Two arrows drawn next to the shank portion of the guide element 9 indicate the direction of movement or the holding direction of the control piston 6 in the first switching position.
  • the relief valve 5 is incorporated in the compressor housing 2, wherein the compressor housing 2 itself forms the valve seat.
  • the relief valve 5 is essentially composed of two components which correspond only to the control piston 6 and the guide element 9. These components are accommodated in the valve seat, wherein it is formed of concentrically arranged bore sections, so that the machining of the bore sections can take place from a machining direction.
  • closure element 13 is inserted, which closes the control pressure chamber 11 pressure-tight.
  • the closure element 13 is formed according to the present embodiment as a circular lid, which seals by means of an O-ring against the housing 2 of the compressor assembly 1. To secure the closure element 13, this is fixed by means of a retaining ring axially in the receiving bore. To remove the closure element 13, this has a central bore into which a thread can be screwed in order to pull the closure element 13 out of the bore during disassembly.
  • Fig. 2 shows the compressor assembly 1 with a sectional view of a relief valve 5, wherein the control piston 6 is in a second switching position.
  • This switching position corresponds to the switched-off state of the compressor, so that there is a need to vent the feed pressure port 4 to ambient pressure.
  • the compressor 1 is switched off, the pressure in the feed pressure connection 4 drops slightly, since the compressed air strikes back into the intake region 3.
  • the pressure in the control pressure chamber 11 is increased via the control pressure port 10, so that the control pressure surface 12 is subjected to a higher pressure. Since the control pressure surface 12 is formed larger than the feed pressure surface 8, this results in a vertical movement of the control piston 6 down, so that the sealing element 7 is released from the sealing surface of the control piston 6, and the feed pressure port 4 is vented.
  • the venting of the feed pressure port 4 initially takes place via an annular gap 14, which extends vertically between the guide element 9 and the control piston 6.
  • the bore through which the guide member 9 passes is formed larger in diameter than the shank of the guide member 9. Since now the sealing element 7 is not applied to the sealing surface of the control piston 6, escapes the pressure from the feed pressure port 4 initially through the annular gap 14 through radial bores 15, which are applied within the control piston 6 to fluidly connect the inside of the control piston 6 with a vent port 16.
  • the vent port 16 may be connected to the intake filter of the compressor assembly to vent in this. In this case, the possibly still easily contaminated with oil air can be cleaned, so that the oil from the lubrication of the screw compressor can not get into the environment.
  • the switching movement of the control piston is possible in pressure equality between the feed pressure port 4 and the intake 3, characterized in that the effective areas are different sizes, so that the venting position according to Fig. 2 is maintained even when the compressor is vented to ambient pressure after the circuit is switched. If the compressor is put back into operation, briefly air continues to flow via the feed pressure port 4, the annular gap 14 and the radial bores 15 in the vent port 16. However, since faster air is nachgechelt than can flow, and at the same time after opening of the check valve in the intake 3 a slight negative pressure is generated, the control piston 6 moves after a short time back up and seals again against the sealing element 7. Thus, the valve is closed again and the compressor can be operated without a valve-related pressure loss.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdichteranordnung, insbesondere einen Schraubenverdichter zur Drucklufterzeugung, mit einem Verdichtergehäuse, welches einen Ansaugbereich aufweist und weiterhin einen Speisedruckanschluss zur Lieferung des verdichteten Druckmediums umfasst, wobei eine Einrichtung zur Entlüftung des Speisedruckanschlusses vorgesehen ist.
  • Aus der DE 29 44 053 C2 ist eine Ansaugsteuervorrichtung für einen Verdichter bekannt, insbesondere für einen Schraubenverdichter mit einer Öleinspritzung. Hierbei wird durch die in der Schließstellung mit der den Betriebdruck führenden Leitung in Verbindung stehende Bohrung im Verschlussstück nach Abschalten des Verdichters der Betriebsdruck aufgebaut, und es kann ein bei einem Schraubenverdichter mit Öleinspritzung üblicherweise vorhandenes Rückschlagventil entfallen, das nach dem Abschalten des Verdichters ein Austreten des Öls vom Ölbehälter verhindert. Durch die der Federkraft entgegengerichtete Druckfläche am Steuerkolben und deren Verbindung mit dieser den Betriebsdruck führenden Leitung wird im Zusammenwirken mit der Beaufschlagung der gegenüberliegenden Kolbenfläche mit dem Druck der Saugseite über eine Bohrung geringen Querschnitts das Verschlussstück beim Anlaufen des Verdichters geöffnet, worauf nach Unterbrechung der Entlüftungsleitung bereits ein geringerer Betriebsdruck ausreicht, um das Verschlussstück in die volle Offenstellung zu bringen. Durch die Beaufschlagung des Steuerkolbens mit dem Netzdruck in Schließrichtung wird schließlich eine Proportionalsteuerung erreicht, wobei der Netzdruck den Betriebsdruck auf der gegenüberliegenden Druckfläche am Kolben entgegenwirkt.
  • Weiterhin sind insbesondere bei Schraubenverdichtern mit einer kleinen Liefermenge Entlastungsventile bekannt, welche jedoch den Nachteil beinhalten, dass keine vollständige Entlastung bis auf Umgebungsdruck stattfindet, sondern lediglich entsprechend dem Druck eine Entlastung stattfindet, welche für die Funktion des Ventils ausreicht, insbesondere für den benötigten Federdruck im Ventil.
  • Dabei tritt das Problem auf, dass eine weitere Entlastung lediglich über eine Düse stattfindet, die mit dem massiven Nachteil behaftet ist, dass diese einen permanenten Druckluftverlust während des Betriebes des Verdichters verursacht, und somit die zur Verfügung stehende Liefermenge reduziert wird. Des Weiteren neigt die Düse zum Verstopfen, da diese möglichst klein ausgeführt wird, um den oben genannten Liefermengenverlust zu begrenzen. Letzteres führt wiederum zu relativ langen Entlastungsseiten auf Umgebungsdruck. Ein weiterer Nachteil der bekannten Entlastungsventile ist darin zu sehen, dass insbesondere bei einem Einsatz im Schienenfahrzeugbereich und anderen mobilen Anwendungen wie etwa Bussen Temperaturen von - 25° C nicht unterschritten werden können. Hinsichtlich des genannten Einsatzbereichs sind teilweise jedoch Einsatztemperaturen von bis zu - 40° C gefordert. Zu beachten ist, dass im Gegensatz zu einem Entlüftungsventil etwa an einem Tank bei Schraubenverdichtern die Entlastung erst im Falle des Abschaltens und dann nur auf der bereits vom Öl befreiten Druckluftseite stattfindet. Letzteres ist aus Umweltschutzgründen, insbesondere aber auch um die für den Betrieb unbedingt notwendigen Ölfüllung möglichst lange ungeschmälert zu erhalten, erforderlich. Ein einfaches, federbelastetes Rückschlagventil oder ein Überströmventil kann aus diesem Grund nicht zum Einsatz kommen. Zudem zeigen die bekannten Systeme einen komplizierten Aufbau, da diese federbelastet sind und häufig einer externen Steuerung der Ventilstellung bedürften.
  • Die EP 0 684 385 A1 offenbart eine Verdichteranordnung, deren Ansaugbereich durch ein Ansaugventil gebildet ist. Nach Ausschalten der Verdichteranordnung erfolgt eine Entlüftung des systemseitigen Druckspeichers, indem ein federrückgestelltes monostabiles Entlastungsventil durch einen aus dem Ansaugbereich entnommenen Überdruck von einer Sperrstellung in eine Durchlassstellung überführt wird, um den Druckspeicher über ein Leitungssystem mit der Atmosphäre zu verbinden. Durch das verwendete mehrgliedrige Druckleitungssystem sowie die Ventiltechnik erscheint diese technische Lösung recht aufwendig.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Entlüftung bei einer Verdichteranordnung zu schaffen, welche eine vollständige Entlüftung des Speisedruckanschlusses nach dem Abschalten der Verdichteranordnung erlaubt, einen einfachen Aufbau aufweist und den erforderlichen Schaltvorgang selbsttätig ausführt.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Verdichteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Einrichtung ein federloses Entlastungsventil umfasst, welches einen Steuerkolben aufweist, der im Betrieb der Verdichteranordnung eine erste Schaltstellung einnimmt und den Speisedruckanschluss gegen zumindest ein Dichtelement verschließt und der Steuerkolben im abgeschalteten Zustand der Verdichteranordnung über ein mit dem Ansaugbereich kommunizierenden Steuerdruckanschluss durch einen Anstieg des Druckes im Ansaugbereich beaufschlagbar ist und hierdurch eine zweite Schaltstellung einnimmt, in der der Speisedruckanschluss über einen Entlüftungsanschluss entlüftet.
  • Das erfindungsgemäße Entlastungsventil zeichnet sich dadurch aus, dass dieses weder eine Rückstellfeder noch eine externe Steuerung benötigt. Zudem ist keine Düse erforderlich, und die Entlüftung der Speisedruckseite erfolgt in kurzer Zeit ausschließlich über das Entlastungsventil. Aus der vorgeschlagenen Einrichtung zur Entlüftung des Speisedruckanschlusses geht hervor,dass das Ventil lediglich während des kurzen Schaltvorgangs des Schließens geringe Liefermengenverluste verursacht, während des Betriebes jedoch nicht. Dies bedeutet, dass insbesondere bei kleineren Kompressoren, bei denen jeder weitere Liefermengenverlust besonders spürbar wird, der Vorteil zu verzeichnen ist, dass die komplette Liefermenge des Verdichters ohne Einschränkung dem zumindest einen Verbraucher zur Verfügung steht.
  • Weiterhin ergibt sich der Vorteil einer äußerst geringen Teileanzahl und einer einfachen Ausführungsform des Entlastungsventils mit entsprechend angeordneten Dichtelementen, was den Aufwand hinsichtlich der Herstellung, der Lagerung und der Montagezeiten senkt. Letzteres wird auch durch eine einfache Montage des Ventils, welches lediglich eingelegt und befestigt werden muss, erreicht. Darüber hinaus sind insbesondere bei Anwendungen im mobilen Bereich Verunreinigungen sowie ein Wasseranfall kritische Faktoren. Durch den axialen Dichtsitz der Ventilfunktion wird die Möglichkeit der Ablagerung von Schmutz oder der Ansammlung von Wasser spürbar reduziert, insbesondere, da auch die Gegenfläche bei jedem Schaltvorgang vollständig von Luft überströmt wird. Die Reduzierung des Wasseranfalls spielt insbesondere bei niedrigen Temperaturen eine wichtige Rolle und stellt einen entscheidenden Schutz vor Anfrieren insbesondere der Dichtstellen dar.
  • Durch den Entfall einer Rückstellfeder zur Bewegung des Steuerkolbens erhöht sich die Betriebssicherheit des Entlastungsventils, da eine Ermüdung bzw. ein direktes Versagen der Feder nicht weiter betrachtet werden muss. Weiterhin ergibt sich durch den Entfall der Feder der Vorteil, dass keine Federkraft zu überwinden ist, die entsprechende Schaltverzögerungen, Druckverluste oder eine unvollständige Entlastung zur Folge hätte.
  • Der Steuerkolben weist zwei Schaltstellungen auf, wobei die erste Schaltstellung im Betrieb der Verdichteranordnung und die zweite Schaltstellung im abgeschalteten Zustand vorliegt. Im Normalbetrieb des Verdichters drückt die Luft mit Überdruck aus dem Verdichtergehäuse von der Reinseite des Luftentölelements durch den Speisedruckanschluss auf eine ringförmige Speisedruckfläche, so dass der Steuerkolben den Speisedruckanschluss gegen das Dichtelement verschließt. Solange der Betrieb des Verdichters aufrechterhalten wird, verbleibt der Steuerkolben in der ersten Schaltstellung, während im Ansaugbereich, und damit mit diesem im fluidisch kommunizierenden Steuerdruckanschluss ein erheblich niedrigerer Druck des entsprechenden Druckmediums als im Speisedruckanschluss vorhanden ist.
  • Vorteilhafterweise ist gegenüberliegend zur Speisedruckfläche am Steuerkolben eine ringförmige Steuerdruckfläche ausgebildet, welche über den Steuerdruckanschluss beaufschlagbar ist, wobei der Steuerkolben über die Druckbeaufschlagung der Steuerdruckfläche die zweite Schaltstellung einnimmt. Diese wird erreicht, sobald der Verdichter abgeschaltet ist. Dabei schlägt die verdichtete, mit Öl vermischte Luft zurück in den Ansaugbereich, so dass gleichermaßen der Steuerdruckanschluss druckbeaufschlagt wird. Ein Rückschlagventil sorgt dabei für eine Aufrechterhaltung des Druckes im Ansaugbereich, so dass der Steuerkolben über die Steuerdruckfläche druckbeaufschlagt wird, und dieser die zweite Schaltstellung einnimmt. Hierdurch wird das Dichtelement freigegeben, so dass die Luft von der Reinseite, d.h. vom Speisedruckanschluss über das Entlastungsventil abströmen kann.
  • Dabei ist der Steuerkolben derart vorteilhaft ausgebildet, dass die Steuerdruckfläche größer ist als die Speisedruckfläche, so dass der Steuerkolben bei etwa gleichem Druck des Speisedruckes im Speisedruckanschluss und des Steuerdruckes im Steuerdruckanschluss die zweite Schaltstellung einnimmt. Somit wird die Schaltbewegung des Steuerkolbens erst dadurch möglich, dass die wirksamen Flächen unterschiedlich groß sind, da sowohl am Speisedruckanschluss als auch am Steuerdruckanschluss Gehäusedruck anliegt. Nach erfolgter Schaltung entlüftet der Verdichter auf der Seite des Speisedruckanschlusses bis auf Umgebungsdruck.
  • Wird der Verdichter wieder in Betrieb genommen, so strömt kurzzeitig weiter Luft über das Entlastungsventil ab. Da jedoch der Druck im Speisedruckanschluss schneller aufgebaut wird, als dieser über das Entlastungsventil abströmen kann, und gleichzeitig nach Öffnung des Rückschlagventils im Ansaugbereich ein leichter Unterdruck erzeugt wird, bewegt sich der Steuerkolben nach kurzer Zeit wieder zurück in die erste Schaltstellung, so dass dieser erneut auf dem Dichtelement aufliegt und das Ventil schließt.
  • Aus konstruktiven Gründen ist es von besonderem Vorteil, dass das Entlastungsventil direkt vom Gehäuse der Verdichteranordnung aufgenommen ist, wobei das Gehäuse den Ventilsitz bildet. Der Steuerkolben ist dabei ringförmig, und ein Führungselement erstreckt sich koaxial durch den Steuerkolben, wobei das Führungselement über ein Gewinde im Gehäuse einschraubbar ist und das Dichtelement aufnimmt. Vorteilhafterweise ist dabei das Entlastungsventil nicht als Einzelteil ausgebildet, sondern unmittelbar im Gehäuse der Verdichteranordnung integriert. Die geometrische Ausbildung des Ventilsitzes umfasst mehrere konzentrische Bohrungen, welche derart koaxial zueinander angeordnet sind, dass diese aus einer Bearbeitungsrichtung vorzugsweise durch Bohren gefertigt werden können.
  • Das Führungselement ist schraubenartig ausgeführt, welches einen zylindrischen Führungsabschnitt sowie einen Schraubenschaftabschnitt umfasst, so dass dieser in ein Gewinde einschraubbar ist, und somit entweder fest definiert bis zum Anschlag eingeschraubt oder in der Einschraubtiefe variiert werden kann. Der die Ventilkomponente bildende Teil des Führungselements weist entsprechend bearbeitete Außenrundflächen auf, wobei dieses weiterhin das Dichtelement aufnimmt, gegen das der Steuerkolben in der ersten Schaltstellung abdichtet. Zugleich dient das Führungselement über eine Außenzylinderfläche zur Führung des Ringkolbens, wobei sich der Ringkolben axial über dem Führungselement auf seiner Hublänge bewegt. Der Steuerkolben ist dabei mit radial verlaufenden Bohrungen versehen, welche Entlüftungskanäle zwischen dem Ringspalt und dem Entlüftungsanschluss bilden. Der Ringspalt ist als Entlüftungsquerschnitt zwischen dem Steuerkolben und dem Führungselement ausgebildet. In der zweiten Schaltstellung, in der der Ringkolben gegenüber dem Dichtelement einen ringförmigen Strömungsquerschnitt zur Entlüftung freigibt, kann nunmehr das Druckmedium aus dem Speisedruckanschluss über den Ringspalt zwischen dem Führungselement und dem Ringkolben durch die Radialbohrungen in einen Entlüftungsanschluss entlüften. Der Entlüftungsanschluss führt vorzugsweise in den Ansaugfilter des Verdichters, da das Druckmedium mit Öl behaftet sein kann und dieses somit nicht in die Atmosphäre gelangt.
  • Aus konstruktiven Gründen ist es von besonderem Vorteil, dass die den Ventilsitz bildenden Bohrungen nach außen hin mit einem Verschlusselement verschlossen sind, wobei das Verschlusselement im Gehäuse lösbar angeordnet ist. Das Verschlusselement umfasst dabei weiterhin eine Dichtung, um gegenüber der Außenseite des Gehäuses des Verdichters druckdicht zu dichten. Das Verschlusselement kann als deckelförmige Platte ausgebildet sein, welche mit einem Sprengring in einer entsprechenden Bohrung bzw. einer Nut angeordnet wird, wohingegen das Verschlusselement ebenso als ein einschraubbarer Deckel oder als ein Verschlusselement ausgeführt sein kann, welches mit einer Mehrzahl von einzelnen Verbindungselementen am Gehäuse druckdicht befestigt wird. Die Notwendigkeit des Verschlusselements ergibt sich insbesondere aus der Fertigung des Ventilsitzes, da aus einer vom Gehäuse außenseitig zugeführten Bearbeitungsrichtung die einzelnen Konturen im Gehäuse erzeugt werden müssen, so dass anschließend ein druckdichter Verschluss erforderlich ist.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt aus einer Verdichteranordnung mit einer Schnittansicht eines Entlastungsventils, wobei sich der Steuerkolben in einer ersten Schaltstellung befindet; und
    Fig. 2
    einen Ausschnitt aus einer Verdichteranordnung mit einer Schnittansicht eines Entlastungsventils, wobei sich der Steuerkolben in einer zweiten Schaltstellung befindet.
  • Die in Fig.1 dargestellte Verdichteranordnung 1 umfasst zunächst ein Verdichtergehäuse 2, welches einen Ansaugbereich 3 aufweist, aus dem die zu verdichtende Luft angesaugt wird. Diese wird als Speisedruckluft den entsprechenden Verbrauchern zugeführt, wobei der Speisedruck ebenfalls im Speisedruckanschluss 4 anliegt.
  • In der Schnittebene ist ein Entlastungsventil 5 dargestellt, wobei das Entlastungsventil in einer ersten Schaltstellung vorliegt. Das Entlastungsventil dient zur Entlüftung des Speisedruckanschlusses 4, wenn die Verdichteranordnung 1 außer Betrieb gesetzt wird. Der Speisedruckanschluss 4 ist dabei mit der Reinseite des Luftentölelements verbunden, und weist im Betrieb einen Gehäuseüberdruck auf, wobei dieser Überdruck beim Abschalten der Verdichteranordnung 1 mittels des Entlastungsventils auf Umgebungsdruck abgesenkt wird.
  • Das dargestellte Entlastungsventil 5 umfasst weiterhin einen Steuerkolben 6, welcher sich in der ersten Schaltstellung befindet. Dabei dichtet der Steuerkolben 6 den Speisedruckanschluss 4 gegen ein Dichtelement 7 ab. Der Speisedruck im Speisedruckanschluss 4 weist im Betrieb einen Druck auf, welcher höher ist als der Umgebungsdruck. Mit dem Speisedruck wird eine Speisedruckfläche 8 beaufschlagt, so dass sich der Steuerkolben 6 - in der Bildebene - nach oben bewegt. Der Steuerkolben 6 ist ringförmig ausgebildet, wobei eine Dichtfläche so angeordnet ist, dass sich diese bei einer Bewegung des Steuerkolbens 6 nach oben gegen das Dichtelement 7 bewegt und dadurch abdichtet. Der Speisedruckanschluss 4 ist damit druckdicht verschlossen, da dieser im unteren Bereich des Steuerkolbens 6 außenseitig gegen den Ventilsitz im Verdichtergehäuse 2 ebenfalls mit einem Dichtelement abgedichtet ist.
  • Ein Führungselement 9 verläuft koaxial durch den ringförmigen Steuerkolben 6. Dieser wird in einer Gewindebohrung im unteren Bereich des Ventilsitzes im Gehäuse 2 eingeschraubt, so dass das Führungselement 9 in der vertikalen Position entweder fest definiert bis zum Anschlag eingeschraubt oder abhängig von der Einschraubtiefe variabel angeordnet werden kann. Je tiefer das Führungselement 9 im Verdichtergehäuse 2 eingeschraubt ist, desto kleiner wird die mögliche Hubbewegung des Steuerkolbens 6. Bei einer großen Hubbewegung ist der mögliche Strömungsquerschnitt zur Entlüftung des Speisedruckanschlusses 4 entsprechend größer. Das Dichtelement 7 ist im Führungselement 9 aufgenommen und ist als O-RingDichtung ausgebildet. Zwischen dem Steuerkolben 6 und dem Führungselement 9 sowie zwischen dem Steuerkolben 6 und dem Ventilsitz im Verdichtergehäuse 2 sind weitere Dichtelement angeordnet, welche ebenfalls als O-Ring-Dichtungen ausgeführt sind. Der Ansaugbereich 3 ist über einen Steuerdruckanschluss 10 mit dem Entlastungsventil 5 verbunden, wobei oberhalb des Steuerkolbens 6 eine Steuerdruckkammer 11 ausgebildet ist. Da im Betrieb der Verdichteranordnung 1 der Druck im Ansaugbereich 3 und damit in der Steuerdruckkammer 11 gering ist und etwa dem Umgebungsdruck entspricht, verbleibt der Steuerkolben 6 in der ersten Position, und dichtet den Speisedruckanschluss 4 gegen das Dichtelement 7 ab. Zwei neben dem Schaftabschnitt des Führungselementes 9 eingezeichnete Pfeile deuten die Bewegungsrichtung bzw. die Halterichtung des Steuerkolbens 6 in der ersten Schaltstellung an.
  • Das Entlastungsventil 5 ist im Verdichtergehäuse 2 eingebracht, wobei das Verdichtergehäuse 2 selbst den Ventilsitz bildet. Das Entlastungsventil 5 ist im Wesentlichen aus zwei Komponenten aufgebaut, welche lediglich dem Steuerkolben 6 sowie dem Führungselement 9 entsprechen. Diese Komponenten sind im Ventilsitz aufgenommen, wobei dieser aus konzentrisch angeordneten Bohrungsabschnitten ausgebildet ist, so dass die Bearbeitung der Bohrungsabschnitte aus einer Bearbeitungsrichtung erfolgen kann.
  • Oberhalb der Komponenten Steuerkolben 6 sowie Führungselement 9 des Entlastungsventils 5 ist ein Verschlusselement 13 eingesetzt, welches die Steuerdruckkammer 11 druckdicht abschließt. Das Verschlusselement 13 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kreisförmiger Deckel ausgebildet, welcher mittels eines O-Ringes gegen das Gehäuse 2 der Verdichteranordnung 1 abdichtet. Zur Sicherung des Verschlusselements 13 ist dieses mittels eines Sicherungsringes axial in der Aufnahmebohrung fixiert. Um das Verschlusselement 13 zu entnehmen, weist dieses eine zentrale Bohrung auf, in welche ein Gewinde eingeschraubt werden kann, um das Verschlusselement 13 bei einer Demontage aus der Bohrung herauszuziehen.
  • Fig. 2 zeigt die Verdichteranordnung 1 mit einer Schnittansicht eines Entlastungsventils 5, wobei sich der Steuerkolben 6 in einer zweiten Schaltstellung befindet. Diese Schaltstellung entspricht dem abgeschalteten Zustand des Verdichters, so dass sich die Notwendigkeit ergibt, den Speisedruckanschluss 4 auf Umgebungsdruck zu entlüften. Wird der Verdichter 1 abgeschaltet, so sinkt der Druck im Speisedruckanschluss 4 geringfügig ab, da die verdichtete Luft zurück in den Ansaugbereich 3 schlägt. Somit wird über den Steuerdruckanschluss 10 der Druck in der Steuerdruckkammer 11 erhöht, so dass die Steuerdruckfläche 12 mit einem höheren Druck beaufschlagt wird. Da die Steuerdruckfläche 12 größer als die Speisedruckfläche 8 ausgebildet ist resultiert daraus eine vertikale Bewegung des Steuerkolbens 6 nach unten, so dass das Dichtelement 7 von der Dichtfläche des Steuerkolbens 6 gelöst wird, und der Speisedruckanschluss 4 entlüftet wird. Bei einer angenommenen Druckgleichheit im Speisedruckanschluss 4 sowie im Steuerdruckanschluss 10 im abgeschalteten Zustand verbleibt der Steuerkolben 6 in der zweiten Position, da die Steuerdruckfläche 12 größer ist als die Speisedruckfläche 8, so dass die auf den Steuerkolben 6 wirkende axiale Kraft in vertikaler Richtung nach unten gerichtet größer ist als die Kraft, welche über die Speisedruckfläche 8 nach oben gerichtet ist. Zwei neben dem Schaftabschnitt des Führungselementes 9 eingezeichnete Pfeile deuten die Bewegungsrichtung bzw. die Halterichtung des Steuerkolbens 6 in der zweiten Schaltstellung an.
  • Die Entlüftung des Speisedruckanschlusses 4 erfolgt zunächst über einen Ringspalt 14, welcher sich zwischen dem Führungselement 9 sowie dem Steuerkolben 6 vertikal erstreckt. Die Bohrung, durch welche das Führungselement 9 hindurchläuft, ist im Durchmesser größer ausgebildet als der Schaft des Führungselements 9. Da nunmehr das Dichtelement 7 nicht auf der Dichtfläche des Steuerkolbens 6 anliegt, entweicht der Druck aus dem Speisedruckanschluss 4 zunächst über den Ringspalt 14 durch Radialbohrungen 15, welche innerhalb des Steuerkolbens 6 angelegt sind, um die Innenseite des Steuerkolbens 6 mit einem Entlüftungsanschluss 16 fluidisch zu verbinden. Der Entlüftungsanschluss 16 kann dabei mit dem Ansaugfilter der Verdichteranordnung verbunden sein, um in diesen zu entlüften. Dabei kann vorteilhafterweise die eventuell immer noch leicht mit Öl verunreinigte Luft gereinigt werden, so dass das Öl aus der Schmierung des Schraubenverdichters nicht in die Umgebung gelangen kann.
  • Die Schaltbewegung des Steuerkolbens wird bei Druckgleichheit zwischen dem Speisedruckanschluss 4 sowie dem Ansaugbereich 3 dadurch möglich, dass die wirksamen Flächen unterschiedlich groß sind, so dass die Entlüftungsposition gemäß Fig. 2 auch dann beibehalten wird, wenn nach erfolgter Schaltung der Verdichter auf Umgebungsdruck entlüftet ist. Wird der Verdichter wieder in Betrieb genommen, strömt kurzzeitig weiter Luft über den Speisedruckanschluss 4, den Ringspalt 14 und die Radialbohrungen 15 in den Entlüftungsanschluss 16. Da jedoch schneller Luft nachgefördert wird, als abströmen kann, und gleichzeitig nach Öffnung des Rückschlagventils im Ansaugbereich 3 ein leichter Unterdruck erzeugt wird, bewegt sich der Steuerkolben 6 nach kurzer Zeit wieder nach oben und dichtet erneut gegen das Dichtelement 7 ab. Somit ist das Ventil wieder geschlossen und der Verdichter kann ohne einen ventilbedingten Druckverlust betrieben werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verdichteranordnung
    2
    Verdichtergehäuse
    3
    Ansaugbereich
    4
    Speisedruckanschluss
    5
    Entlastungsventil
    6
    Steuerkolben
    7
    Dichtelement
    8
    Speisedruckfläche
    9
    Führungselement
    10
    Steuerdruckanschluss
    11
    Steuerdruckkammer
    12
    Steuerdruckfläche
    13
    Verschlusselement
    14
    Ringspalt
    15
    Radialbohrung
    16
    Entlüftungsanschluss

Claims (11)

  1. Verdichteranordnung (1), insbesondere ein Schraubenverdichter zur Drucklufterzeugung, mit einem Verdichtergehäuse (2), welches einen Ansaugbereich (3) aufweist und weiterhin einen Speisedruckanschluss (4) zur Lieferung des verdichteten Druckmediums umfasst, wobei eine Einrichtung zur Entlüftung des Speisedruckanschlusses (4) vorgesehen ist, die ein Entlastungsventil (5) umfasst, welches einen Steuerkolben (6) aufweist, der im Betrieb der Verdichteranordnung (1) eine erste Schaltstellung einnimmt, um den Speisedruckanschluss (4) gegen zumindest ein Dichtelement (7) zu verschließen und in einer zweiten Schaltstellung den Steuerkolben (6) im abgeschalteten Zustand der Verdichteranordnung (1) über ein mit dem Ansaugbereich (3) kommunizierenden Steuerdruckanschluss (10) durch einen Anstieg des Druckes im Ansaugbereich (3) beaufschlagt, so dass der Speisedruckanschluss (4) über einen Entlüftungsanschluss (16) entlüftet, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (6) des federlosen Entlastungsventils (5) eine ringförmige Speisedruckfläche (8) umfasst, welche über den Speisedruckanschluss (4) beaufschlagbar ist, um die erste Schaltstellung bei Druckbeaufschlagung einzunehmen.
  2. Verdichteranordnung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (6) eine ringförmige Steuerdruckfläche (12) umfasst, welche über den Steuerdruckanschluss (10) beaufschlagbar ist, um die zweite Schaltstellung einzunehmen.
  3. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdruckfläche (12) größer ist als die Speisedruckfläche (8), sodass der Steuerkolben (6) bei etwa gleichem Druck des Speisedruckes im Speisedruckanschluss (4) und des Steuerdruckes im Steuerdruckanschluss (10) die zweite Schaltstellung einnimmt.
  4. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (5) derart im Gehäuse (2) der Verdichteranordnung (1) aufgenommen ist, dass das Gehäuse (2) den Ventilsitz bildet.
  5. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Führungselement (9) koaxial durch den ringförmigen Steuerkolben (6) erstreckt, wobei das Führungselement (9) über ein Gewinde im Gehäuse (2) einschraubbar ist und das Dichtelement (7) aufnimmt.
  6. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die den Ventilsitz bildenden im Gehäuse (2) eingebrachten Bohrungen konzentrisch zueinander ausgebildet sind.
  7. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die den Ventilsitz bildenden Bohrungen mit einem Verschlusselement (13) verschlossen sind, wobei das Verschlusselement (13) im Gehäuse (2) lösbar angeordnet ist.
  8. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungsquerschnitt als Ringspalt (14) zwischen dem Steuerkolben (6) und dem Führungselement (9) ausgebildet ist.
  9. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (6) Radialbohrungen (15) aufweist, welche Entlüftungskanäle zwischen dem Ringspalt (14) und dem im Gehäuse (2) angeordneten Entlüftungsanschluss (16) bilden.
  10. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungsanschluss (16) mit einem Ansaugfilter der Verdichteranordnung (1) verbunden ist.
  11. Verdichteranordnung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Medium Druckluft ist und der Speisedruckanschluss (10) mit der Reinseite eines Luftentölelements verbunden ist.
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