AT522874A4

AT522874A4 - Kolbenverdichter

Info

Publication number: AT522874A4
Application number: ATA50979/2019A
Authority: AT
Inventors: Almbauer Raimund; Egger Andreas
Original assignee: Univ Graz Tech
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-03-15
Also published as: AT522874B1

Abstract

Es wird ein Kolbenverdichter mit einem einen Kolben (2) aufnehmenden Zylinder (1), dessen Zylinderkopf eine Ventilplatte (3) mit einem einer Auslassöffnung (4) zugeordneten, als Flatterventil (5) ausgebildeten Auslassventil umfasst, und mit einem das Flatterventil (5) mit einem freien Stellende (10) im Öffnungssinn beaufschlagenden, federnden Stellhebel (6) beschrieben. Um vorteilhafte Betätigungsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der auf der Kolbenseite der Ventilplatte (3) vorgesehene Stellhebel (6) durch den Kolben (2) aus einer das Flatterventil (5) durch die Auslassöffnung (4) im Öffnungssinn beaufschlagenden Offenstellung gegen seine federnde Beaufschlagung in eine durch den oberen Totpunkt des Kolbens (2) bestimmte Endstellung verschwenkbar ist, in der das Stellende (10) des Stellhebels (6) das Flatterventil (4) freigibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenverdichter mit einem einen Kolben aufnehmenden Zylinder, dessen Zylinderkopf eine Ventilplatte mit einem einer Auslassöffnung zugeordneten, als Flatterventil ausgebildeten Auslassventil umfasst, und mit einem das Flatterventil mit einem freien Stellende im Öffnungssinn

beaufschlagenden, federnden Stellhebel.

Flatterventile sind Rückschlagventile, die beispielsweise einen als Blattfeder ausgebildeten, unter federnder Vorspannung an die Ventilöffnung angedrückten Ventilkörper aufweisen, der in Abhängigkeit von der anliegenden Druckdifferenz betätigt wird. Übersteigt die anliegende Druckdifferenz die durch die federnde Vorspannung des Flatterventils bestimmte Schließkraft im Öffnungssinn, so öffnet das Flatterventil unter einer Erhöhung der Rückstellkraft, was beim Durchströmen des Flatterventils zu Druckverlusten und damit zu einer SchlieRbeaufschlagung führen kann, sodass unter Umständen mit einer wiederholten Öffnungs- und SchlieRßbeaufschlagung des Flatterventils gerechnet werden muss, bis am Flatterventil eine ausreichende Druckdifferenz zum Offenhalten anliegt. Diese Schwingungen des Flatterventils bedingen eine erhöhte Ladungswechselarbeit und

drosseln den Massestrom.

Um insbesondere Öffnungsverzögerungen und Strömungsverluste zu vermeiden, ist es beim Einsatz von Flatterventilen als Auslassventile für Kolbenverdichter bekannt (US 5 171 137 A, US 2005/056329 A1), zwischen der Ventilplatte und dem Flatterventil eine das Flatterventil im Öffnungssinn beaufschlagende Biegefeder vorzusehen, die nur in einem Anfangsabschnitt der Ventilöffnung wirksam ist und

daher die Öffnungsbewegung unterstützt. Nachteilig ist allerdings, dass diese im

beeinträchtigen.

Kommen bei Kolbenverdichtern zwangsgesteuerte Flatterventile zum Einsatz (WO 2018/099995 A1), so können zwar die mit selbststeuernden Flatterventilen verbundenen Nachteile beispielsweise hinsichtlich der Öffnungsbedingungen ausgeräumt werden, doch wird dies mit einem erheblichen konstruktiven Mehraufwand und der zusätzlichen Forderung erkauft, die Öffnungszeitpunkte in

Abhängigkeit vom Kurbelwinkel vorgeben zu müssen.

Schließlich ist es bei Kolbenverdichtern bekannt (DE 199 09 915 A1), den im Zylinder während des Verdichtungshubs aufgebauten Druck kurz vor dem oberen Kolbentotpunkt zu entspannen. Zu diesem Zweck wird unter anderem vorgeschlagen, das als Flatterventil ausgebildete Ansaugventil durch einen Kipphebel zu öffnen, der durch den Kolben betätigt wird. Dieser Kipphebel hält das Flatterventil im Bereich des oberen Totpunkts offen und kann daher nicht in

Verbindung mit einem Auslassventil eingesetzt werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter mit einem Flatterventil als Auslassventil mit vergleichsweise einfachen konstruktiven Mitteln so auszubilden, dass für das selbststeuernde Flatterventil vorteilhafte SchlieR- und

Öffnungsbedingungen sichergestellt werden können.

Ausgehend von einem Kolbenverdichter der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass der auf der Kolbenseite der Ventilplatte vorgesehene Stellhebel durch den Kolben aus einer das Flatterventil durch die Auslassöffnung im Öffnungssinn beaufschlagenden Offenstellung gegen seine federnde Beaufschlagung in eine durch den oberen Totpunkt des Kolbens bestimmte Endstellung verschwenkbar ist, in der das Stellende des Stellhebels das

Flatterventil freigibt.

Der das Flatterventil im Öffnungssinn beaufschlagende federnde Stellhebel

unterstützt die Öffnungsbewegung des Flatterventils, wenn aufgrund des sich dem

Schließsinn keine Ventilöffnung.

Um einfache Konstruktionsverhältnisse sicherzustellen, kann der Stellhebel eine einseitig am Kolbenboden befestigte Biegefeder aufweisen, der ein die Biegefeder im oberen Totpunkt des Kolbens gegenüber der Ventilplatte abstützender, eine Schwenkachse bildender Biegeanschlag zugeordnet ist. Nähert sich der Kolben beim Verdichtungshub gegen den oberen Totpunkt, so wird zunächst das Stellende der Biegefeder durch die Auslassöffnung gegen das Flatterventil mit der Wirkung an das Flatterventil angestellt, das das Flatterventil Öffnet und zunächst durch die Biegefeder im Öffnungssinn beaufschlagt bleibt, bis die Biegefeder durch den Kolben über den Biegeanschlag an der Ventilplatte abgestützt wird und die einseitig

am Kolben befestigte Biegefeder um den Biegeanschlag als Schwenkachse so

Flatterventils durch das Stellende der Biegefeder nicht berührt wird.

Damit gegen das Ende des Verdichtungshubs hin das freie Stellende der Biegefeder das Flatterventil durch die Auslassöffnung in der Ventilplatte im Öffnungssinn in einfacher Weise beaufschlagen kann, wenn sich der Kolben in den Bereich des oberen Totpunkts bewegt, kann die Biegefeder in einer vom Kolben weggeneigten Ausgangsstellung befestigt werden. Der Biegeanschlag kann in diesem Fall entweder der Biegefeder oder der Ventilplatte zugeordnet werden. Einfachere Konstruktionsverhältnisse ergeben sich im Allgemeinen, wenn der Biegeanschlag an der Biegefeder zwischen Befestigungsende und Stellende angeordnet ist. Unabhängig von seiner Zuordnung bedingt der Biegeanschlag, dass das Stellende der im Öffnungssinn auf das Flatterventil einwirkenden Biegefeder nach dem Wirksamwerden des Biegeanschlags vom Flatterventil in eine dessen

Schließstellung freigebende Endlage gegen den Kolben zurückgebogen wird.

Wird der Stellhebel in Form einer Biegefeder nicht am Kolben, sondern einseitig an der Ventilplatte befestigt, und zwar in einer mit dem freien Stellende durch die Auslassöffnung gegen das Flatterventil biegbaren Ausgangsstellung, so muss dafür Sorge getragen werden, dass der Kolben die Biegefeder über einen Mitnehmeranschlag an einen eine Schwenkachse bildenden Biegeanschlag der Ventilplatte andrückt, sodass über den zwischen dem Befestigungsende und dem Biegeanschlag angreifenden Mitnehmeranschlag die Biegefeder wieder mit einem das Stellende vom Flatterventil wegschwenkenden Biegemoment beaufschlagt wird. Der Kolbenangriff an der Biegefeder wird demnach nicht durch das Befestigungsende der Biegefeder, sondern durch den Mitnehmeranschlag bestimmt, sodass die Biegefeder durch den Mitnehmeranschlag zwischen dem Befestigungsende und dem Biegeanschlag mit der Wirkung durchgebogen werden

kann, dass das Stellende aus der das Flatterventil offenhaltenden Offenstellung der

Schließlage des Flatterventils freigebende Endlage zurückbewegt wird.

Obwohl der Mitnehmeranschlag auch dem Kolben zugeordnet werden kann, werden einfachere Konstruktionsbedingungen eingehalten, wenn der Mitnehmeranschlag an der Biegefeder vorgesehen ist. Ähnliches gilt bei einer Anordnung des

Biegeanschlags nicht an der Biegefeder, sondern an der Ventilplatte.

Die durch den oberen Totpunkt des Kolbens bestimmte Endlage der Biegefeder erfordert einen entsprechenden Raum für die Durchbiegung der Biegefeder zwischen ihrem Befestigungsende und dem Biegeanschlag. Der Platzbedarf hierfür kann vorteilhaft dadurch sichergestellt werden, dass die Ventilplatte für die Biegefeder eine Aufnahmenut mit einem in Längsrichtung konkaven Boden

zwischen dem Befestigungsende der Biegefeder und dem Biegeanschlag aufweist.

Der Stellhebel kann aber auch als zweiarmiger Hebel ausgebildet sein, von dessen Hebelarmen einer das Stellende bildet und der andere mit einer Feder beaufschlagt ist. Mithilfe eines solchen zweiarmigen Stellhebels kann in mit einer Biegefeder vergleichbarer Art die Öffnung des Flatterventils unterstützt werden, ohne Nachteile hinsichtlich der SchlieRbewegung in Kauf nehmen zu müssen, weil der zweiarmige Stellhebel nach der Öffnungsbeaufschlagung des Flatterventils durch den Kolben im Bereich des oberen Totpunkts wieder gegen die Kraft der Federbeaufschlagung

vom Flatterventil zurückgeschwenkt werden kann.

Wie bei der Ausbildung des Stellhebels als Biegefeder kann auch ein zweiarmiger Stellhebel entweder am Kolben oder auf der Ventilplatte gelagert werden. Aus Konstruktionsgründen ist allerdings eine Anordnung zu bevorzugen, bei der der

zweiarmige Hebel auf der Ventilplatte schwenkbar gelagert ist.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es

zeigen die

Fig. 4 bis 6 eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Kolbenverdichters ebenfalls in drei unterschiedlichen Kolbenstellungen in einer Darstellung gemäß den Fig. 1 bis 3 und die

Fig. 7 bis 9 eine weitere Konstruktionsvariante ebenfalls in drei verschiedenen

Kolbenstellungen.

Ein erfindungsgemäßer Kolbenverdichter weist in herkömmlicher Weise einen Zylinder 1 mit einem über eine Kurbelwelle antreibbaren Kolben 2 sowie einen Zylinderkopf auf, von dem aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich eine den Zylinder 1 nach oben abschließende Ventilplatte 3 mit einer Auslassöffnung 4 für ein als Flatterventil 5 ausgebildetes Auslassventil dargestellt ist. Diesem beispielsweise in Form einer Blattfeder ausgebildeten Flatterventil 5 ist ein Stellhebel 6 zugeordnet, der gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 eine auf dem Kolbenboden 7 mit einem Befestigungsende 8 einseitig eingespannte Biegefeder 9 umfasst, die im gegenüberliegenden, freien Endbereich ein Stellende 10 zur

Beaufschlagung des Flatterventils 5 bildet.

Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass die Biegefeder 9 gemäß der Fig. 1 eine vom Kolbenboden 7 weggeneigte Ausgangsstellung aufweist, in der das Stellende 10 der Biegefeder 9 bei der Annäherung des Kolbens 2 an seine obere Totpunktlage durch die Austrittsöffnung 4 in der Ventilplatte 3 das Flatterventil 5 im Öffnungssinn beaufschlagt. Zwischen dem Befestigungsende 8 und dem Stellende 10 ist die Biegefeder 9 mit einem gegen die Ventilplatte 3 vorstehenden Biegeanschlag 11 versehen, der die in der Fig. 2 dargestellte Offenstellung der Biegefeder 9 begrenzt. In dieser Offenstellung der Biegefeder 9 ist das Flatterventil 5 aus der Schließstellung nach der Fig. 1 in eine teilweise Offenstellung von der Auslassöffnung 4 abgehoben und kann sich zufolge der Strömungsausbildung durch die Auslassöffnung 4 vollständig öffnen, wie dies strichpunktiert angedeutet

ist.

bewahrt werden.

Wird der Kolben 2 aus der die begrenzte Offenstellung der Biegefeder 9 bestimmenden Hublage in die obere Totpunktlage weiterbewegt, so wird die über den Biegeanschlag 11 gegenüber der Ventilplatte 3 abgestützte Biegefeder 9 gegen den Kolbenboden 7 in eine Endlage gemäß der Fig. 3 zurückgebogen, in der das Stellende 10 die Schließstellung des Flatterventils 5 freigibt und in die Auslassöffnung 4 zurückgezogen ist. Das von der Biegefeder 9 entlastete Flatterventil 5 schließt daher in der oberen Totpunktlage des Kolbens 2 aufgrund seiner Vorspannung in Schließrichtung und des Abbaus der am Flatterventil 5

anliegenden Druckdifferenz.

Beim anschließenden Saughub, bei dem ein ebenfalls als Flatterventil 5 ausgebildetes, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestelltes Saugventil geöffnet wird, wird die Biegefeder 9 um den Biegeanschlag 11 wieder gegen das Flatterventil 5 im Öffnungssinn zurückgebogen. Die dadurch bedingte Beaufschlagung des Flatterventils 5 führt jedoch zu keiner Öffnung des Flatterventils 5, weil die sich am Beginn des Saughubs rasch am Flatterventil 5 aufbauende Druckdifferenz das Flatterventil 5 trotz seiner vergleichsweise geringen Vorspannung und trotz der zusätzlichen Beaufschlagung durch die Biegefeder 6 sicher in der Schließstellung hält.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 6 ist die Biegefeder 9 nicht dem Kolben 2, sondern der Ventilplatte 3 des Zylinderkopfs zugeordnet. Dementsprechend ist die Biegefeder 9 mit ihrem Befestigungsende 8 in einer Aufnahmenut 12 befestigt, die sich bis zur Auslassöffnung 4 erstreckt und im

Bereich der Auslassöffnung 4 den Biegeanschlag 11 für die Biegefeder 9 bildet. Der

erlauben.

Zur Verlagerung der Biegefeder 9 durch den Kolben 2 ist die Biegefeder 9 zwischen dem Befestigungsende 8 und dem Biegeanschlag 11 mit einem gegen den Kolben 2 vorstehenden Mitnehmeranschlag 14 versehen. In der in Fig. 4 dargestellten Ausgangsstellung der Biegefeder 9 greift das dem Befestigungsende 8 gegenüberliegende Stellende 10 in die Auslassöffnung 4 ein, ohne das geschlossene Flatterventil 5 zu beaufschlagen. Schlägt der Kolben 2 an den Mitnehmeranschlag 14 der Biegefeder 9 an, so wird die Biegefeder 9 aus der Ausgangsstellung nach der Fig. 4 in eine öffnende Stellung nach der Fig. 5 verschwenkt, in der das Stellende 10 das Flatterventil 5 öffnet. Im Bereich der oberen Totpunktlage des Kolbens 2 wird die Biegefeder 9 gemäß der Fig. 6 unter einem Durchbiegen in die Aufnahmenut 12 gedrückt, wobei sich das Stellende 10 vom Flatterventil 5 löst und in die Auslassöffnung 4 zurückgezogen wird. Das Flatterventil 5 kann sich somit wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 mit dem Beginn des Saughubs schließen und bleibt auch geschlossen, wenn sich die Biegefeder 9 aus der Endstellung nach der Fig. 6 mit zunehmender Freigabe durch den Kolben 2 zurückbiegt und dabei das Flatterventil 5 im Öffnungssinn beaufschlagt, weil mit dem Saughub am Flatterventil 5 ein entsprechend hoher, durch die Druckseite des Kolbenverdichters und den Unterdruck im Zylinder 1

bestimmter Differenzdruck anliegt.

Anstelle einer Biegefeder weist die Ausführungsvariante nach den Fig. 7 bis 9 einen auf der Ventilplatte 3 schwenkbar gelagerten Stellhebel 6 mit zwei Armen 15, 16 auf, von denen ein Arm 15 das durch die Auslassöffnung 4 mit dem Flatterventil 5 zusammenwirkende Stellende 10 bildet, während der andere Arm 16 mit einer

Feder 17 im Öffnungssinn des Flatterventils 5 beaufschlagt ist.

wird.

Claims

(42701) II

Patentansprüche

1. Kolbenverdichter mit einem einen Kolben (2) aufnehmenden Zylinder (1), dessen Zylinderkopf eine Ventilplatte (3) mit einem einer Auslassöffnung (4) zugeordneten, als Flatterventil (5) ausgebildeten Auslassventil umfasst, und mit einem das Flatterventil (5) mit einem freien Stellende (10) im Öffnungssinn beaufschlagenden, federnden Stellhebel (6), dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Kolbenseite der Ventilplatte (3) vorgesehene Stellhebel (6) durch den Kolben (2) aus einer das Flatterventil (5) durch die Auslassöffnung (4) im Öffnungssinn beaufschlagenden Offenstellung gegen seine federnde Beaufschlagung in eine durch den oberen Totpunkt des Kolbens (2) bestimmte Endstellung verschwenkbar ist, in der das Stellende (10) des Stellhebels (6) das Flatterventil (4) freigibt.

2. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellhebel (6) eine einseitig am Kolbenboden (7) befestigte Biegefeder (9) aufweist, der ein die Biegefeder (9) im oberen Totpunkt des Kolbens (2) gegenüber der Ventilplatte (3) abstützender, eine Schwenkachse bildender Biegeanschlag (11)

zugeordnet ist.

3. Kolbenverdichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (9) in einer vom Kolbenboden (7) weggeneigten Ausgangsstellung am Kolben (2) befestigt ist.

4. Kolbenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeanschlag (11) an der Biegefeder (9) zwischen Befestigungsende (8) und

Stellende (10) angeordnet ist.

Biegeanschlag (11) verlagerbar ist.

6. Kolbenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der

Biegeanschlag (11) an der Ventilplatte (3) vorgesehen ist.

7. Kolbenverdichter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der

Mitnehmeranschlag (14) an der Biegefeder (9) vorgesehen ist.

8. Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte (3) für die Biegefeder (9) eine Aufnahmenut (12) mit einem in Längsrichtung konkaven Boden (13) zwischen dem

Befestigungsende (8) der Biegefeder (9) und dem Biegeanschlag (11) aufweist.

9. Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellhebel (6) als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, von dessen Hebelarmen (15, 16) einer das Stellende (10) bildet und der andere mit einer Feder (17) beaufschlagt

ist.

10. Kolbenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der

zweiarmige Stellhebel (6) auf der Ventilplatte (3) schwenkbar gelagert ist.