AT8188U1 - Kältemittelverdichter - Google Patents

Abstract

Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter mit einem Gehäuse (38), in dessen Innerem eine von einem Elektromotor angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, deren Kompressionsraum mittels einer Ventilplatte (8) vom Innenraum (35) des Zylinderkopfes (9) abgetrennt ist, wobei die Ventilplatte (8) zumindest eine mittels eines Ventils verschließbare Öffnung (15, 16) aufweist, die den Kompressionsraum mit dem Innenraum des Zylinderkopfes zur Überleitung von Kältemittel verbindet, und es sich bei dem Ventil um eine Ventilblattfeder (17) handelt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ventilblattfeder (17) in zumindest jenem Abschnitt (18), der die Öffnung (15, 16) bedeckt, eine gegen die Öffnungsrichtung des Ventils gewölbte Oberfläche aufweist, die zumindest in der Schließposition der Ventilblattfeder (17) die Öffnung (15, 16) zumindest teilweise durchsetzt.

Description

2 AT 008 188 U1

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter mit einem Gehäuse, in dessen Innerem eine von einem Elektromotor angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, deren Kompressionsraum mittels einer Ventilplatte vom Innenraum des Zylinderkopfes abgetrennt ist, wobei die Ventilplatte zumindest eine mittels eines 5 Ventils verschließbare Öffnung aufweist, die den Kompressionsraum mit dem Innenraum des Zylinderkopfes zur Überleitung von Kältemittel verbindet, und es sich bei dem Ventil um eine Ventilblattfeder handelt, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt ist.

Solche hermetisch gekapselte Kältemittelverdichter sind seit langem bekannt. 10 Während eines Arbeitstaktes des Kolbens der Kolben-Zylinder-Einheit wird das Kältemittel zuerst über das Einlassventil in den Zylinder gesaugt. Im unteren Totpunkt des Kolbens schließt das Einlassventil und der Kolben bewegt sich in Richtung des oberen Totpunkts, wodurch das Kältemittel verdichtet wird. Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt öffnet das Auslassventil und das 15 verdichtete Kältemittel wird wieder an die Kältemittelleitungen abgegeben.

Der volumetrische Wirkungsgrad des Kompressors wird dabei auch durch den sogenannten Schadraum, also jenem durch Ventile und Strömungsführung beanspruchten Raum, der dem Kolben auch in seiner oberen Totpunktstellung nicht zugänglich ist, beeinträchtigt. Dieser Raum 20 wird im wesentlichen aus dem Zylindervolumen zwischen Kolbenfläche und Ventilplatte, sowie dem Volumen der Auslassöffnung gebildet. Je größer dieser Totraum ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad des Kältemittelverdichters.

Außerdem biegen sich die üblicherweise verwendeten Ventilblattfedern unter dem Kompressi-25 onsdruck stark durch, was zu größeren Leckageverlusten führen kann. Diese Leckageverluste werden insbesondere dadurch verursacht, dass eine ursprünglich ebene Ventilblattfeder, die dichtend am Umfangsbereich der Ein- bzw. Auslassöffnung aufliegt, bei unkontrollierten Verwölbungen der Ventilblattfeder aufgrund von Druckbeanspruchungen beinahe zwingend den dichtenden Kontakt zum Ventilsitz verliert. 30

Ziel der Erfindung ist es daher, einen Kältemittelverdichter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die Verluste durch Schadraum und Leckage stark verringert und somit den Gesamtwirkungsgrad des Kältemittelverdichters erhöht. Insbesondere sollen sich die Einlass- und Auslassventile des erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters durch eine erhöhte strukturelle 35 Stabilität auszeichnen.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Anspruch 1 sieht hierbei vor, dass die Ventilblattfeder in zumindest jenem Abschnitt, der die 40 Öffnung bedeckt, eine gegen die Öffnungsrichtung des Ventils gewölbte Oberfläche aufweist, die zumindest in der Schließposition der Ventilblattfeder die Öffnung zumindest teilweise durchsetzt. Dadurch wird einerseits der Schadraum verringert, da das Volumen der Öffnung durch die gewölbte Oberfläche reduziert wird. Andererseits wird dadurch auch die Ventilblattfeder entsprechend versteift, was dazu führt, dass bei gleicher Druckbelastung durch den Kompressi-45 onsvorgang des Kolbens die Durchbiegung der Ventilblattfeder verringert wird. Die Dichteigenschaften einer solchen Ventilblattfeder werden dadurch verbessert. Aufgrund einer gewölbten Ausführung des innerhalb der Ein- bzw. Auslassöffnung liegenden Abschnittes der Ventilblattfeder wird außerdem eine strömungstechnisch günstige Form erreicht. Der Durchtritt des Kältemittels durch die Ein- bzw. Auslassöffnung erfolgt daher mit geringeren Strömungsverlusten, 50 was ebenfalls zu einer Wirkungsgradsteigerung des gesamten Kältemittelkompressors beiträgt.

Wenngleich unterschiedliche Ausführungsformen für die gewölbte Oberfläche möglich sind, ist gemäß Anspruch 2 die gewölbte Oberfläche zumindest abschnittsweise als Kugelkalotte ausgeführt. Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass der Abdichtkontakt in der Schließposition der 55 Ventilblattfeder durch Oberflächenanlage des Randbereiches des gewölbt ausgeführten Ab- 3 AT 008 188 U1

Schnittes am Umfangsbereich der Öffnung ausgeführt ist. Dabei ist es für eine Vergrößerung des Ventilsitzes vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 4 der Umfangsbereich der Öffnung einen Abschnitt aufweist, dessen Kontur der Außenkontur des gewölbten Abschnitts entspricht. 5 Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass die Ventilblattfeder in einer Vertiefung in der Ventilplatte gelagert ist, deren seitliche Begrenzung der seitlichen Kontur der Ventilblattfeder im wesentlichen entspricht. Dadurch kann ein seitliches Verdrehen der Ventilblattfeder verhindert und eine optimale Positionierung der Ventilblattfeder relativ zur Öffnung sicher gestellt werden. io Gemäß Anspruch 6 weist die Ventilblattfeder einen Haltearm auf, der an seinem der Öffnung abgewandten Ende an der Ventilplatte befestigt ist. Gemäß Anspruch 7 kann der Haltearm unmittelbar an den gewölbt ausgeführten Abschnitt anschließen, wobei Haltearm und Abschnitt einteilig ausgeführt sind. 15 Die Ansprüche 8 und 9 beziehen sich schließlich auf zwei konkrete Ausführungsformen, wobei es sich gemäß Anspruch 8 bei der Öffnung um eine Einlassöffnung zur Zufuhr von Kältemittel in den Kompressionsraum während des Saugtaktes der Kolben-Zylinder-Einheit handelt, und die Ventilblattfeder als Einlassventil zum Verschließen dieser Einlassöffnung ausgeführt ist, und es sich gemäß Anspruch 9 bei der Öffnung um eine Auslassöffnung zur Abfuhr von Kältemittel aus 20 dem Kompressionsraum während des Verdichtungstaktes der Kolben-Zylinder-Einheit handelt, und die Ventilblattfeder als Auslassventil zum Verschließen dieser Auslassöffnung ausgeführt ist.

Im Anschluss erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand der beiliegenden 25 Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kältemittelverdichters gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2a eine Schnittansicht eines Zylinderkopfes entlang der Schnittlinie ll-ll gemäß Fig. 2b,

Fig. 2b den Grundriss des Zylinderkopfes gemäß Fig. 2a, 30 Fig. 3 eine Unteransicht des Zylinderkopfes von Fig. 2,

Fig. 4 eine Ventilplatte von oben gesehen,

Fig. 5a eine perspektivische Prinzipskizze einer Ventilplatte mit einer Ventilblattfeder gemäß der Erfindung, wobei die Ventilblattfeder von der Ventilplatte entfernt eingezeichnet ist, Fig. 5b den Grundriss der Prinzipskizze von Fig. 5a einer Ventilplatte mit einer Ventilblattfeder 35 gemäß der Erfindung

Fig. 6 ein schematischer, zentraler Schnitt durch eine Anordnung von Zylinderwand, Kolben, Ventilplatte und Zylinderkopf mit erfindungsgemäßen Ventilblattfedern, und Fig. 7 eine Detailansicht des in Fig. 6 mit „B“ gekennzeichneten Bereiches. 40 Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Verdichter mit einem Gehäuse 38, in dem die Anordnung einer Ventilplatte 8 ersichtlich ist, die den Kompressionsraum 10 einer Kolben-Zylinder-Einheit vom Innenraum 35 des Zylinderkopfes 9 abtrennt. Über einen Elektromotor mit Rotor 1, Luftspalt 2 und Statorwicklungen 5, der auf Druckfedern 4 gelagert ist und über eine Stromzuführung 7 mit Strom versorgt wird, wird eine Kurbelwelle 3 angetrieben, die über einen Pleuel 45 11 den Kolben 12 der Kolben-Zylinder-Einheit bewegt. Dieser Kolben 12 ist im Zylindergehäuse 14 geführt und drückt das verdichtete Kältemittel über eine Auslassöffnung 13 in der Ventilplatte 8 in den Innenraum 35 des Zylinderkopfes 9, von wo es über eine Druckleitung wieder dem Kältemittelkreislauf zugeführt wird. so Fig. 2a zeigt eine Schnittansicht eines Zylinderkopfes 9 entlang der Schnittlinie ll-ll gemäß Fig. 2b. An einer im wesentlichen viereckigen Grundplatte 21 ist eine Zylinderkopfwand 22 angeformt. Eine Seitenwand der Zylinderkopfwand 22, nämlich die in Fig. 2b ersichtliche Seitenwand 23, weist in ihrer Mitte eine Durchlassöffnung 34 auf, durch die das Kältemittel angesaugt wird. In der Fig. 2b, die den Grundriss des Zylinderkopfes 9 gemäß Fig. 2a zeigt, sind des 55 weiteren Bohrungen 20 zur Befestigung des Zylinderkopfes 9 ersichtlich. 4 AT 008 188 U1

Fig. 3 zeigt eine Unteransicht des Zylinderkopfes 9. An der Unterseite sind Stege 25, 26, 27, 28, 29 angeordnet.

Zusätzlich sind die Bohrungen 20 für die Befestigung des Zylinderdeckels 9 an der Ventilplatte 5 8 zu erkennen. Des weiteren ist eine Dichtung 32 an der Unterseite des Zylinderkopfes 9 ange bracht, welche den Innenraum zwischen Ventilplatte 8 und Zylinderkopf 9 abdichten soll. Über den Auslassraum 33 wird das verdichtete Kältemittel abgeführt. Hierzu steht der Auslassraum 33 mit der Auslassöffnung 15 (in der Fig. 3 nicht ersichtlich) in Verbindung. io Fig. 4 zeigt eine Ventilplatte 8 von oben gesehen. Auf einer im wesentlichen ebenen Grundplatte sind eine Druckventilöffnung 15 mit einem Ventilsitz 21, Befestigungsöffnungen 22 für die Verbindung mit dem Zylinderkopf 9, Niederhalterelementbefestigungsöffnungen 24, eine Saugventilöffnung 16, sowie Befestigungsöffnungen 30 für den Saugschalldämpferangeordnet. Das Zusammenwirken einer Ventilblattfeder 17 mit einer Ventilplatte 8 wird hierbei anhand der Fig. 5 15 erläutert, wobei die Fig. 5a eine perspektivische Prinzipskizze einer Ventilplatte 8 mit einer Ventilblattfeder 17 in abgehobener Position zeigt. Die Fig. 5b zeigt den Grundriss der Prinzipskizze von Fig. 5a. In beiden Zeichnungen ist eine Ventilblattfeder 17 ersichtlich, die über einen Abschnitt 18 verfügt, der die Ein- bzw. Auslassöffnung 15, 16 bedeckt, und eine gegen die Öffnungsrichtung des Ventils 17 gewölbte Oberfläche aufweist. In weiterer Folge wird der Ab-20 schnitt 18 auch als Ventilkopf 18 bezeichnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die gewölbte Oberfläche zumindest abschnittsweise als Kugelkalotte ausgeführt. Der Abdichtkontakt in der Schließposition der Ventilblattfeder 17 wird durch Oberflächenanlage des Randbereiches des gewölbt ausgeführten Ventilkopfes 18 am Umfangsbereich der Öffnung 15, 16 erreicht. Dieser Umfangsbereich wird im folgenden auch als Ventilsitz 21 bezeichnet. Vorzugs-25 weise weist dieser Ventilsitz 21 einen Abschnitt auf, dessen Kontur der Außenkontur des Ventilkopfes 18 entspricht. Dadurch wird die Dichtfläche vergrößert und das Dichtverhalten des Ventils verbessert.

Die Ventilblattfeder 17 ist des weiteren in einer Vertiefung 36 in der Ventilplatte 8 gelagert ist, 30 deren seitliche Begrenzung der seitlichen Kontur der Ventilblattfeder 17 im wesentlichen entspricht. Dadurch kann ein seitliches Verdrehen der Ventilblattfeder 17 verhindert und eine optimale Positionierung der Ventilblattfeder 17 relativ zur Öffnung 15,16 sicher gestellt werden.

Wie des weiteren aus der Fig. 5 ersichtlich ist, weist gemäß einer Ausführungsform die Ventil-35 blattfeder 17 einen Haltearm 31 auf, der an seinem der Öffnung 15, 16 abgewandten Ende an der Ventilplatte 8 befestigt werden kann. Vorzugsweise schließt der Haltearm 31 unmittelbar an den gewölbt ausgeführten Ventilkopf 18 an, wobei Haltearm 31 und Ventilkopf 18 vorzugsweise einteilig ausgeführt sind. Eine Ventilblattfeder 17 dieser Art kann leicht etwa durch Tiefziehen hergestellt werden. 40

In der Fig. 6 ist ein schematischer, zentraler Schnitt durch eine Anordnung von Zylindergehäuse 14, Kolben 12, Ventilplatte 8 und Zylinderkopf 9 mit erfindungsgemäßen Ventilblattfedern 17 dargestellt. Die Ventilplatte 8 weist die Einlassöffnung 16 sowie die Auslassöffnung 15 auf, die beide mit einer Ventilblattfeder 17 verschließbar sind. Bezüglich der Einlassöffnung 16 ist die 45 Ventilblattfeder 17 als Einlassventil ausgeführt, und bezüglich der Auslassöffnung 15 als Auslassventil. Die beiden Ventilblattfedern 17 weisen jeweils einen Haltearm 31 auf, die in der gezeigten Ausführungsform mittels eines gemeinsamen Halterungssteges 37 an der Ventilplatte 8 befestigt sind. Der Haltearm 31 geht jeweils in den Ventilkopf 18 über und ist mit diesem einteilig ausgeführt. Wie bereits ausgeführt wurde, weist der Ventilkopf 18 eine gegen die Öff-50 nungsrichtung des Ventils 17 gewölbte Oberfläche auf. Dieser gewölbt ausgeführte Abschnitt bzw. Ventilkopf 18 weist einen Randbereich 19 auf, in dem sich die Krümmung des Abschnittes 18 abflacht. Das ist insbesondere aus der Fig. 7 ersichtlich, die eine Detailansicht des in Fig. 6 mit „B“ gekennzeichneten Bereiches zeigt. 55 Nachstehend erfolgt eine genauere Beschreibung eines Verdichtungsvorganges, wobei die

Claims (8)

1. 5 AT 008 188 U1 Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ventilblattfeder 17 erläutert wird. Nachdem über das Saugrohr (in den Fig. 1 bis 7 nicht dargestellt) und die Durchlassöffnung 34 des Zylinderkopfes 9 das zu verdichtende Kältemittel angesaugt und über die Einlassöffnung 16 dem Kompressionsraum 10 zugeführt wurde, erfolgt ein entsprechender Kolbenhub, um das Kältemittel zu 5 verdichten. Hierbei wird das zu verdichtende Kältemittel gegen die Ventilplatte 8 und somit auch gegen die Auslassöffnung 15 mit dem Druckventilsitz 21 gedrückt. Der Ventilkopf 18 biegt sich durch den im Kompressionsraum 10 aufgebauten Druck von der Auslassöffnung 15 weg, und kann dabei durch ein optionales Dämpferelement (in den Fig. 1 bis 7 nicht dargestellt) gestoppt werden. Es ist lediglich eine kleine Biegung der Ventilblattfeder 17 notwendig, da das verdichte-io te Kältemittel rund um den Ventilkopf 18, deren dem Kompressionsraum 10 zugewandte Oberfläche vorzugsweise die Form einer Kugelkalotte aufweist, leichter ausströmen kann, da ein geringerer Strömungswiderstand auftritt als bei herkömmlichen, ebenen Ventilblattfedern. Dies verringert die Beanspruchung der Ventilblattfeder 17, was wiederum zu einer längeren Lebensdauer führt. Das verdichtete Kältemittel strömt in den vom Zylinderkopf 9 umschlossenen Innen-15 raum 35 über den Auslassraum 33, und wird somit wieder dem Kältemittelkreislauf zugeführt. Ist der Verdichtungszyklus beendet, klappt die Ventilblattfeder 17 der Auslassöffnung 15 aufgrund der Federkraft und des Druckunterschiedes wieder auf die Auslassöffnung 15, und verschließt diese für den nächsten Verdichtungsvorgang. 20 Wie bereits ausgeführt wurde, wird in der Schließposition der Ventilblattfeder 17 der Abdichtkontakt durch Oberflächenanlage des Randbereiches 19 des gewölbt ausgeführten Abschnittes 18 am Umfangsbereich der Öffnung 15, 16 hergestellt. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Umfangsbereich der Öffnung 15, 16, der hier auch als Ventilsitz 21 bezeichnet wird, einen Abschnitt aufweist, dessen Kontur der Außenkontur des gewölbten Abschnitts 18 25 entspricht. In der Fig. 7 ist dieser Sachverhalt anhand der Auslassöffnung 15 dargestellt. Dabei entspricht die Kontur des Ventilsitzes 21 der Außenkontur des gewölbten Abschnitts 18, sodass die Ventilblattfeder 17 entlang dieser geneigt ausgeführten Kontaktfläche am Ventilsitz 21 aufliegt. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass bei einer solchen Anordnung eventuelle Verformungen der Ventilblattfeder 17, und insbesondere des Ventilkopfes 18, geringere Auswirkungen auf das 30 Dichtverhalten eines solchen Ventils 17 haben werden, da die Kontaktfläche zwischen Ventilsitz 21 und dem Randbereich 19 nur unwesentlich reduziert wird. Das minimiert die Leckageverluste. Durch den erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter werden somit die Verluste durch Schad-35 raum und Leckage stark verringert und somit der Gesamtwirkungsgrad erhöht. Insbesondere zeichnen sich die Ein- und Auslassventile des erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters durch eine erhöhte strukturelle Stabilität aus. 40 Ansprüche: 1. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter mit einem Gehäuse (38), in dessen Innerem eine von einem Elektromotor angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit angeordnet ist, deren Kompressionsraum mittels einer Ventilplatte (8) vom Innenraum (35) des Zylinderkopfes 45 (9) abgetrennt ist und die Ventilplatte (8) zumindest eine mittels eines Ventils verschließba re Öffnung (15,16) aufweist, die den Kompressionsraum mit dem Innenraum des Zylinderkopfes zur Überleitung von Kältemittel verbindet, und es sich bei dem Ventil um eine Ventilblattfeder (17) handelt, wobei die Ventilblattfeder (17) in zumindest jenem Abschnitt (18), der die Öffnung (15, 16) bedeckt, eine gegen die Öffnungsrichtung des Ventils gewölbte so Oberfläche aufweist, die zumindest in der Schließposition der Ventilblattfeder (17) die Öffnung (15, 16) zumindest teilweise durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil-blattfeder (17) einen Haltearm (31) aufweist, der an seinem der Öffnung (15, 16) abgewandten Ende an der Ventilplatte (8) befestigt ist.
2. 2. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. 6 AT 008 188 U1 dass die gewölbte Oberfläche zumindest abschnittsweise als Kugelkalotte ausgeführt ist.
3. 3. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtkontakt in der Schließposition der Ventilblattfeder (17) durch 5 Oberflächenanlage des Randbereiches (19) des gewölbt ausgeführten Abschnittes (18) am Umfangsbereich (21) der Öffnung (15,16) ausgeführt ist.
4. 4. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsbereich (21) der Öffnung (15, 16) einen Abschnitt aufweist, dessen Kon- io tur der Außenkontur des gewölbten Abschnitts (18) entspricht.
5. 5. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilblattfeder (17) in einer Vertiefung (36) in der Ventilplatte (8) gelagert ist, deren seitliche Begrenzung der seitlichen Kontur der Ventilblattfeder (17) im 15 wesentlichen entspricht.
6. 6. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (31) unmittelbar an den gewölbt ausgeführten Abschnitt (18) anschließt, wobei Haltearm (31) und Abschnitt (18) einteilig ausgeführt sind. 20
7. 7. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Öffnung (15, 16) um eine Einlassöffnung (16) zur Zufuhr von Kältemittel in den Kompressionsraum während des Saugtaktes der Kolben-Zylinder-Einheit handelt, und die Ventilblattfeder (17) als Einlassventil zum Verschließen 25 dieser Einlassöffnung (16) ausgeführt ist.
8. 8. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Öffnung (15, 16) um eine Auslassöffnung (15) zur Abfuhr von Kältemittel aus dem Kompressionsraum während des Verdichtungstaktes der 30 Kolben-Zylinder-Einheit handelt, und die Ventilblattfeder (17) als Auslassventil zum Ver schließen dieser Auslassöffnung (16) ausgeführt ist. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55