CN110651122B - 活塞压缩机阀和活塞压缩机阀操作方法 - Google Patents

活塞压缩机阀和活塞压缩机阀操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及活塞压缩机阀(1)，包括具有多个通道开口(2a)的阀座(2)、能绕旋转轴线(D)旋转用于启闭该通道开口(2a)的闭合件(3)以及用于旋转该闭合件(3)的调节驱动机构(5)，其中该阀座(2)具有所述通道开口(2a)通入其中的端侧(2b)，其中该闭合件(3)在旋转轴线(D)的延伸方向上移动地连接至调节驱动机构(5)，使得闭合件(3)既能绕旋转轴线(D)旋转且也能在旋转轴线(D)的延伸方向上相对于端侧(2b)移动，还包括用于检查活塞压缩机阀(1)的状态变量(E)的传感器(8)和根据状态变量(E)启动该调节驱动机构(5)的控制装置(20)。

Description

活塞压缩机阀和活塞压缩机阀操作方法
技术领域
本发明涉及活塞压缩机阀。本发明还涉及活塞压缩机阀操作方法。
背景技术
文献WO01/59266A1公开了一种用于活塞压缩机的阀。该阀包括阀座以及可旋转的闭合件，其中该闭合件根据其旋转位置启闭设置在阀座中的通道开口。这种已知的阀具有以下缺点，产生比较严重的磨损，阀的启闭持续时间较长，并且阀密封功能因出现的磨损而随着时间降低。
文献WO2009/050215A2公开了用于活塞压缩机的另一种阀。该阀也具有以下缺点，产生磨损且阀的启闭持续时间较长。
发明内容
本发明的目的是形成更有利的包括可旋转闭合件的活塞压缩机阀。
该目的通过一种活塞压缩机阀来实现。涉及其它有利设计。该目的还通过一种活塞压缩机阀控制方法实现。涉及其它有利方法步骤。
该目的尤其通过一种活塞压缩机阀实现，其包括带有多个通道开口的阀座、能绕旋转轴线旋转的用于启闭通道开口的闭合件以及用于旋转该闭合件的调节驱动机构，其中该阀座具有端侧，该通道开口通入该端侧，其中该闭合件能在旋转轴线的延伸方向上移动地连接至调节驱动机构，使得闭合件能绕旋转轴线旋转且能相对于该端侧在旋转轴线的延伸方向上移位，以及包括用于检测活塞压缩机阀的状态变量的传感器以及根据状态变量启动该调节驱动机构的控制装置。
该目的还尤其通过一种活塞压缩机阀实现，其包括具有多个通道开口的阀座、能绕旋转轴线旋转的用于启闭通道开口的闭合件、用于旋转闭合件的调节驱动机构，其中该阀座具有端侧，通道开口通入该端侧中，其中该闭合件设计成是一体的或整体的，其中该闭合件固定连接至该旋转轴线，其中该闭合件在旋转轴线的延伸方向上自动移动地连接至该调节驱动机构，使得该闭合件通过调节驱动机构不仅能绕旋转轴线旋转且也能相对于该端侧在旋转轴线的延伸方向上自动移位，以及包括用于检测活塞压缩机阀的状态变量的传感器和根据状态变量启动该调节驱动机构的控制装置。
该目的还尤其通过一种活塞压缩机阀控制方法实现，其中该活塞压缩机阀包括具有至少一个通道开口的阀座、能绕旋转轴线旋转的用于启闭通道开口的闭合件以及用于旋转该闭合件的调节驱动机构，其中该闭合件安装成能在旋转轴线的延伸方向移位，其中该闭合件根据作用于阀上的工作气体压力抵靠阀座或抬离阀座，其中测量活塞压缩机阀的状态变量，并且其中闭合件根据该状态变量绕旋转轴线旋转。
该目的还尤其是通过一种活塞压缩机阀控制方法实现，其中该活塞压缩机阀包括带有多个通道开口的阀座、能绕旋转轴线旋转的用于启闭通道开口的闭合件以及用于旋转闭合件的调节驱动机构，其中该闭合件设计成是一体的或整体的，并且固定连接至该旋转轴线，其中该旋转轴线和进而该闭合件能在旋转轴线的延伸方向上移位，其中该闭合件根据作用在阀上的工作气体压力在旋转轴线的延伸方向上自动移位并且抵靠阀座或抬离阀座，其中测量该活塞压缩机阀的状态变量，并且其中闭合件根据该状态变量通过调节驱动机构绕旋转轴线旋转。
根据本发明的活塞压缩机阀的优点在于，在相应存在压差的情况下，其闭合件自动抬离阀座，从而闭合件只有在抬离阀座时才有利地被作动或通过主动作用机构被旋转以完全打开通道开口。由此，闭合件在打开时不经受摩擦或仅经受很小的摩擦，这一方面导致闭合件和阀座的轻微磨损，另一方面允许闭合件以较小的力尤其很快速地旋转，由此完全打开活塞压缩机阀。此外，活塞压缩机阀被有利地完全关闭，使得闭合件相对于阀座在抬起状态下从打开位置旋转到闭合位置，在该闭合位置中，该通道开口在旋转轴线的延伸方向上看完全被闭合件遮盖，且闭合件随后或同时或错时较小地被所存在压差自动移动向阀座，直到闭合件抵靠阀座并完全覆盖通道开口，使得活塞压缩机阀再次完全关闭，从而通过闭合件活塞压缩机阀被也可以没有摩擦或摩擦很小地非常迅速地进行。
闭合件在旋转轴线延伸方向上可平稳运动地设置在活塞压缩机阀中，使得闭合件通过在入口区域和出口区域之间的活塞压缩机阀上存在的压差或在闭合件上存在的压差在旋转轴线延伸方向上自动运动或移位。
活塞压缩机阀有利地包括第一半旋转轴(或第一半轴)、第二半旋转轴(或第二半轴)以及联轴器，该联轴器设置在第一和第二半旋转轴之间，使得第一和第二板旋转轴因有联轴器而能在旋转轴线延伸方向上相互运动或相互移位。调节驱动机构优选连接到第一半旋转轴，并且闭合件固定连接到第二半旋转轴。联轴器有利地就绕旋转轴线旋转而言被设计成是旋转稳固的，使得闭合件在绕旋转轴线旋转时基本跟随或正好跟随调节驱动机构的旋转。在旋转轴线延伸方向上，联轴器被设计为可平稳运动，使得存在于闭合件上的压差自动使闭合件在旋转轴线延伸方向上运动或移位。由此，一方面保证了闭合件在旋转轴线延伸方向上的运动，另一方面保证了闭合件优选通过旋转轴牢固联接至调节驱动机构，该调节驱动机构驱动旋转轴，这又使得闭合件非常迅速地启闭。
多个变量适合作为用于掌握活塞压缩机阀状态、尤其用于掌握闭合件相对于阀座的位置的状态变量，因此例如有运动，例如在旋转轴线延伸方向上的闭合件距离，优选是闭合件与阀座端侧之间的距离，或者例如闭合件与阀座之间直接相互接触，或者在闭合件完全抬起情况下的闭合件或旋转轴的抵碰，或者例如在活塞压缩机阀关闭部件两侧的压差。一个控制装置监测状态变量，优选将状态变量与参考值进行比较，并且在满足预定条件时通过相应地旋转闭合件或通过致动使旋转轴旋转的调节驱动机构来启闭该闭合件。因此，本发明的活塞压缩机阀能够以精确、快速和可重复相同地被切换。
本发明的装置或本发明的方法有以下优点：能够以非常精确的方式确定闭合件抬离阀座，一方面是因为闭合件能在旋转轴线延伸方向上自动运动，另一方面是因为尤其最好测量闭合件运动或者在旋转轴线延伸方向上的闭合件与阀座之间距离。闭合件抬起或抬离阀座的时刻因此可被精确掌握，且该调节驱动机构随后可被立即作动以使闭合件旋转到打开位置。优选地，该闭合件在抬离阀座之后通过调节驱动机构在至少2毫秒至最多10毫秒的一段时间内从闭合位置旋转至打开位置。通过快速打开确保了流过的流体遇到较小流阻。在关闭时，闭合件优选通过调节驱动机构在至少2毫秒至最多10毫秒的一段时间内从打开位置旋转到闭合位置，闭合件同时或在完成旋转后自动降低向阀座，直到闭合件抵靠阀座。
在一个有利设计中，闭合件通过扭簧与调节驱动机构连接，其中一部分动能被存储在扭簧中，使得闭合件能可以被很快速地切换。
最好如此设计包括阀座和闭合件的活塞压缩机阀的阀关闭部件，所述阀座具有中心和多个通道开口，所述多个通道开口在周向上间隔开并在所述中心的径向上延伸，并且所述闭合件具有多个径向臂和旋转轴，其中所述臂在旋转轴的径向上延伸，且每个通道开口都对应配属有一个闭合部，该闭合臂的宽度被设计成使所述闭合臂能在关闭位置完全覆盖所述通道开口，而在打开位置能尽量小地覆盖或完全不覆盖所述通道开口。所述闭合臂被设计成所述闭合臂的横截面积朝向外周减小，由此朝向外周具有减小的质量，因为闭合臂朝向外周例如被设计得更薄。包括这种闭合臂的闭合件朝向外周具有特别小的质量，因此具有减小的惯性，这就是为什么需要较小的力来操作、就是说加速和制动闭合件，以便在闭合位置和打开位置之间来回切换闭合件。减小的惯性具有附加的优点，需要较小的力在旋转轴线延伸方向上加速闭合件，或者闭合件可在旋转轴线延伸方向上更快速或在更短时间内运动。闭合件尤其最好由塑料制成且优选包含纤维增强材料且优选是碳纤维，使得闭合件具有较小的质量。
此外，包括多个径向臂的闭合件具有优点，即臂在其外周彼此不相互连接，这样，每个闭合臂可自己单独地放置在通道开口上，以便每个闭合臂都能更好地纠正在通道开口或闭合臂上可能存在的任何不规则或磨损，因为每个闭合臂可单独支承在阀座上。朝向外周减小的横截面积优选造成了闭合臂还朝向外周减小的抗弯刚度，这带来的优点是当闭合臂覆盖通道开口时该闭合臂能很容易地适配阀座轮廓，这导致尤其有利的密封。
在一个有利设计中，用于活塞压缩机阀的阀关闭部件包括具有多个通道开口的阀座、具有旋转轴线的轴、用于启闭通道开口的可绕该轴的旋转轴线旋转的闭合件，其中所述闭合件固定连接至所述轴，所述阀座包括所述通道开口通入其中的平坦的端侧，其中所述阀座具有中心，并且所述通道开口在所述中心的径向上延伸，所述闭合件具有中心点和多个闭合臂，所述多个闭合臂在所述中心点的径向上延伸，其中所述轴这样安装在阀座中，所述轴设置成可绕旋转轴线旋转并可在旋转轴线延伸方向上移位，其中所述旋转轴线垂直于端侧并穿过中心延伸，每个闭合臂都有一个朝向端侧对准的密封面，并且所述闭合臂被构造成与通道开口基本形状互补以根据闭合件旋转用密封面启闭通道开口。
所述轴优选被设计成可在旋转轴线的纵向上移位，使得闭合件在相应存在的压差下能在纵向上自动移位并且尤其能从阀座自动抬起。
闭合臂优选被设计成使得所述闭合臂具有朝向所述闭合臂的外周减小的横截面积。
在一种用于操作活塞压缩机阀的阀关闭部件的有利方法中，该阀关闭部件包括具有多个通道开口的阀座、具有旋转轴线的轴和固定连接到该轴的闭合件，其中所述轴以所述轴可绕旋转轴线旋转并可在旋转轴线方向上移位的方式安装在阀座中，其中用于启闭通道开口的闭合件绕旋转轴线旋转，其中因为在活塞压缩机阀上存在流体压力，故闭合件在旋转轴线方向上被自动抬起，并且该闭合件在抬离阀座后在被轴主动驱动下旋转，从而通道开口被完全打开。
在一种有利的方法中，为了打开阀关闭部件，在第一方法步骤中将闭合件从阀座上抬起，并且在抬起之后，在第二方法步骤中使闭合件旋转到打开位置。
在一种有利的方法中，测量闭合件相对于阀座的位置，并且只在完成抬离阀座之后才使闭合件绕旋转轴线旋转。
在一种有利的方法中，闭合件在抬离阀座之后在2毫秒到10毫秒的一段时间内被旋转到打开位置。
附图说明
在用于说明实施例的附图中：
图1示出带有驱动机构的阀的纵截面，此时闭合件抵靠；
图2示出根据图1的阀的纵截面，此时闭合件抬起；
图3示出阀座的立体图；
图4示出与根据图3的阀座匹配的闭合件的立体图；
图5示出根据图6的沿剖切线A-A的闭合件和阀座的纵截面；
图6示出闭合件和阀座的立体图，此时闭合件抬起；
图7示出根据图6的装置的立体图，此时闭合件处于打开位置；
图8示出压力阀的纵截面，此时闭合件抬起；
图9示出吸入阀的另一实施例的纵截面，此时闭合件抬起；
图10示出联轴器的纵截面；
图11示出联轴器的另一实施例的纵截面；
图12示出波纹管弹簧的纵截面；
图13示出闭合件的另一实施例的立体图；
图14示出阀座的另一实施方式的立体图；
图15示出与根据图14的阀座相关的闭合件的立体图；
图16示出处于关闭状态的图14的阀的沿剖切线B的剖视细节图；
图17示出在闭合件在抬起时的图16的视图；
图18示出在闭合件抬起且稍微旋转时的图16的视图；
图19示出阀座的另一实施例的立体图；
图20示出闭合件的另一实施例的局部立体图；
图21示出图20的径向闭合部的从方向G-G看去的侧视图；
图22示出图21的闭合部的沿剖切线F-F的截面；
图23示出图21的闭合部的沿剖切线E-E的截面；
图24示出径向闭合部的另一实施例的从方向G-G看去的侧视图；
图25示出图24的闭合部的沿剖切线H-H的截面；
图26示出图24的闭合部的沿剖切线I-I的截面；
图27示出联轴器的另一实施例的纵截面；
图28示出图23的联轴器的沿剖切线C-C的横截面；
图29示出电磁驱动机构的细节图；
图30示出图29的电磁驱动机构，此时衔铁处于第二基本位置；和
图31示出电磁驱动机构的另一实施例。
原则上，在附图中，相同的零部件带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出主动控制的活塞压缩机阀1，其包括具有多个通道开口2a的阀座2、能绕旋转轴线D旋转的用于启闭通道开口2a的闭合件3以及用于旋转闭合件3的调节驱动机构5。阀座2具有一端侧2b，通道开口2a通入该端侧，其中该闭合件3可在旋转轴线D的延伸方向L上移动地与调节驱动机构5连接，使得闭合件3可绕旋转轴线D旋转并相对于端侧2b可在旋转轴线D的延伸方向L上移位。轴4安装在阀座2的孔2e中或者轴向导向轴承中。阀1设置在笼形壳体6中，笼形壳体包括多个通道开口6a和一个盖6b。闭合件3如图所示处于降低的关闭位置，因而闭合件3抵靠阀座2的端侧2b且通道开口2a被闭合件3完全关闭。此外，图1所示的阀1包括传感器8，该传感器用于检测闭合件3或阀1的状态变量E。所示传感器8例如检测轴4在延伸方向L上的运动，例如轴4的行程距离。控制装置20检测由传感器8测量的值并还控制调节驱动机构5。通过控制装置20的控制，闭合件3沿旋转轴线D的旋转方向旋转，优选从关闭位置旋转至打开位置，或反之。在一种有利设计中，一旦状态变量E偏离预定的额定值，则控制装置20启动调节驱动机构5。例如闭合件3的密封面3d与阀座2的端侧2b之间的间距，或者轴4在延伸方向L上的移动距离，或者压差ΔP＝P2-P1、就是说闭合件3一侧的压力P2与闭合件3另一侧的压力P1之差，适合作为状态变量E。需要至少两个传感器8来测量两个压力P1、P2。轴4以未详细示出的方式连接到驱动机构5，从而轴4就绕旋转轴线D的旋转而言一方面被驱动机构5驱动，另一方面轴4可相对于驱动机构5在纵向L上移位。闭合件3尤其有利地在延伸方向L上自动移位，在闭合件3上存在的压差导致闭合件在延伸方向L上移位，且闭合件3在此或是抬离阀座2、或是接近阀座2且最终抵靠阀座2的端侧2b。在优选实施例中，闭合件3如此平稳安装，即该闭合件因所存在的压差而能自动在延伸方向L上移位。在另一个可能设计中还可以设置驱动机构(未示出)，该驱动机构至少部分促成闭合件3在延伸方向L上运动。
图2示出根据图1的阀，此时闭合件3处于抬起的打开位置，其中闭合件3相对于端侧2b沿纵向L被抬起。此外，在抬起的打开位置中，闭合件3优选通过调节驱动机构5相对于图1所示的关闭位置绕旋转轴线D旋转，使得闭合件3不再覆盖通道开口2a，如图2和图7所示，并且包括阀座2和闭合件3的阀关闭部件1a因此在纵向L上可允许流体透过。与图1所示的传感器8相比，图2所示的传感器8测量距轴4的端侧4c的距离。闭合件3固定连接到旋转轴线D或轴4，从而闭合件3立即跟随绕旋转轴线D的旋转并使得旋转轴线D或轴4立即跟随闭合件3在纵向L上的运动。
图3以立体图示出阀座2的第一实施例，该阀座具有中心孔2e或中心Z和多个通道开口2a，且该通道开口在中心孔2e的径向上延伸并且具有在其间延伸的连边2f。阀座2还具有一个端侧2b，所有通道开口2a通入该端侧，其中在一个有利设计中，端侧2b还具有一个环形的支承面2c。所示阀座2具有二十五个通道开口2a，它们沿周向均匀分布或彼此相同间隔地设置，其中在一个实施例中，每个通道开口2a具有7°的圆周角，并且每个连边2f具有7.4°的圆周角。为了使闭合件分别从打开位置旋转到关闭位置或闭合位置或反之，所述闭合件因此须旋转7.2°的旋转角度。阀座2有利地包括至少二十个通道开口2a和相应相同数量的闭合臂3a，这些通道开口在周向上间隔设置，并且闭合臂3a与之相反设置并在周向上间隔以启闭通道开口2a。具有至少二十个通道开口2a和径向臂3a的设计方案具有如下优点，闭合件所需的最大旋转角度相对小，且在该实施例中为360°除以20(通道开口数目)除以2(须旋转一半角度)，因此为9°。
图4示出与根据图3的阀座2匹配的闭合件3的立体图。闭合件3包括具有中心孔3c的毂3e并且包括多个闭合臂3a，这些闭合臂在中心孔3c或旋转轴线D的径向上延伸并被空隙3b间隔开且延伸到外周3s。在一个实施例中，每个空隙3b具有7°的圆周角且每个闭合臂3a具有7.4°的圆周角，使得闭合臂3a被设计成比通道开口2a稍宽，从而在闭合件3的相应调整情况下通道开口2a能被闭合臂3a完全覆盖。闭合件3优选被设计为一体的或整体的(就是说由一个部分组成)，有利地由塑料制成，例如由纤维加强塑料、尤其是碳纤维加强塑料(CFP)制成。CFP是一种复合材料，其中碳纤维嵌入在塑料基质材料中，大多数情况下是环氧树脂。基质材料用于连接纤维以及填充空隙。其它耐用的塑料或热固性塑料也适合作为基质材料。但闭合件也可以由未添加有纤维的塑料制成。
图6和图7示出实际的阀关闭部件1a，其包括处于两个可能的相对位置的闭合件3以及阀座2。此外，图5示出图6所示的闭合件3和穿过阀座2的沿剖切线A-A的截面。阀关闭部件1a、即闭合件3和阀座2可基本具有四个不同的相对位置，尤其是降低的关闭位置、抬起的关闭位置、抬起的打开位置和降低的打开位置。抬起是指闭合件3相对于阀座2提升，因此与阀座2间隔，如图2和图5-7所示。降低意味着闭合件3抵靠阀座2，如图1所示。阀1或阀关闭部件1a仅在图1所示的降低的关闭位置中完全关闭，闭合件3抵靠阀座2且通道开口2a被抵靠在其上的闭合件3或闭合件3的闭合臂3a完全关闭。在图5和图6所示的抬起的关闭位置中，闭合件3与阀座2间隔，其中闭合件3或其闭合臂3a分别以间隔方式覆盖通道开口2a，使得在闭合件3和阀座2之间仅存在一个小间隙S，流体可以流入或流出。在图7所示的抬起的打开位置情况下，闭合件3与阀座2间隔，其中闭合件3相对于图6的位置在旋转方向D1上旋转，使得通道开口2a在纵向L或沿旋转轴线D的延伸方向上不再被闭合件3或其闭合臂3a覆盖，或者至多在边缘处以最小程度重叠，从而通道开口2a的最大可能面积在纵向L上朝流通流体敞开，流过完全打开的阀关闭部件1a的流体不会受到闭合件3或其径向延伸的闭合臂3a的阻碍，或者仅受到可忽略不计的阻碍。如果要降低图7所示的闭合件3以使所述闭合件3抵靠阀座2，则闭合件3将处于降低的打开位置，在打开位置中，通道开口2a打开最大程度，优选完全打开，但至少打开最大程度，其中最大开口面积由相应的闭合臂3a的周向宽度和相应的通道开口2a的周向宽度确定。闭合件3通过调节驱动机构5在旋转方向D1上的旋转而打开并因此移动到打开位置，并且通过在旋转方向D2上的旋转而关闭并因此移动到闭合位置。此外，通过作用在闭合件3上的力、尤其是流体压差，闭合件3在纵向L上自动运动，使得闭合件3在该方向上相对于阀座2抬起或降低。如图6所示，旋转轴线D延伸穿过闭合件3的中心点M或阀座2的中心Z。此外，图7示出闭合件3具有固定侧3g，在该固定侧设置有用于将闭合件3固定到轴4上的固定孔3h。
图5示出沿图6的剖切线A-A的截面。闭合件3相对于阀座2抬起。闭合件3包括具有中心点M的毂3e，该毂3e包括中心孔3c、平坦的滑动面3f和固定侧3g。闭合臂3a在径向上朝外侧渐缩，因此其横截面积朝着外周3s减小。渐缩的优点在于，闭合臂3a的质量朝着外侧减小，这减小闭合件3的重量和惯性。在根据图5的实施例中，闭合臂3a的高度3t朝向外周3s减小。闭合臂3a在周向D上具有恒定的高度3t；在此情况下，闭合臂3a具有恒定的高度3t。这意味着闭合臂3a在其整个宽度上具有相同的高度3t。
在一个示例性方法中，图1和图2所示的活塞压缩机阀1可被如此操作，即，闭合件3的状态变量E例如轴4在纵向L上的位移距离S1被测量，其中闭合件3如图1所示最初布置在降低的关闭位置，其中轴4可在纵向L上自动移动，并且闭合件3可根据作用在阀1或闭合件3上的工作气体压力从阀座2上抬起。一旦状态变量E超过预定的额定值，就检测到状态变量E并启动驱动机构5，使得闭合件3通过驱动机构5通过绕旋转轴线D的旋转而转动到图2所示的抬起的打开位置，其中旋转通过驱动机构5产生，并且沿纵向L的抬起是自动进行的。传感器8的位移信号用作状态变量E，做法是轴4在纵向轴线L方向上的位移被测量，其中所述位移优选对应于闭合件3与端侧2b之间的间距。一旦状态变量E超过预定的额定值如0.1mm，则驱动机构5启动并且闭合件3旋转到图2或图7所示的打开位置。
图8示出设计为压力阀的阀1，其中闭合件3位于抬起的关闭位置。闭合件3布置在阀座2与驱动机构5之间。与此相反，在图2中，阀座2设置在闭合件3和驱动机构5之间。根据图8的阀包括通过联轴器9彼此连接的第一轴部4a或第一半旋转轴和第二轴部4b或第二半旋转轴。第一轴部4a在纵向L上不可移动，而联轴器9允许在纵向L上移动，使得第二轴部4b在纵向L上可移动。在根据图8的实施例中，孔2e或轴向导向轴承设计为盲孔，第二轴部4b在径向和轴向上在该盲孔中被引导。在其它方面，已在图1和图2的背景下描述了部件即阀座2、闭合件3、驱动机构5和笼形壳体6。在另一实施例中，第二轴部4b可被省去，闭合件3直接连接到联轴器9。联轴器9优选被设计成在纵向L上是弹性的或可弹动的，从而闭合件3因作用的流动力能在纵向L上自动运动。
图9示出另一个呈吸入阀形式的阀1。与根据图2的阀1相比，根据图9的阀1具有扭簧7，该扭簧包括内部扭簧7a以及外部空心扭杆7b。内部扭簧7a的一端连接至驱动机构5，另一端连接至外部空心扭杆7b的空心扭杆端7d。空心扭杆7b的一端通过紧固件7c连接到盖6b，而另一端连接到空心扭杆端7d。空心扭杆端7d连接到空心圆柱形连接部分10，在空心圆柱形连接部分中布置有传感器8。连接部分10通过联轴器9连接到轴4。联轴器9被设计成使联轴器可在纵向L上改变其长度。联轴器优选被设计成在纵向L上有弹性，优选具有弹簧弹性。因此，通过联轴器9，轴4被设置成相对于连接部分10或扭簧7在纵向L上可运动，或者在纵向L上可移位。扭簧7被设计为在纵向L上不可移动。驱动机构5造成内部扭簧7a旋转并且还通过空心扭杆端7d使外部空心扭杆7b旋转。此外，通过使空心扭杆端7d旋转，连接部分10和联轴器9以及进而轴4被旋转。联轴器9被构造成使联轴器9在纵向L上允许长度变化且优选具有弹簧作用、尤其是弹性特性。联轴器9关于绕旋转轴线D的旋转优选具有理想的刚性特性，使得闭合件3和轴4通过联轴器9不可转动地连接到连接部分10和空心扭杆端7d。出版物WO2009/050215A2详细公开了一种可能的阀操作方法。所述出版物的内容兹被纳入本专利申请中。
图10示出扭簧7和轴4之间连接的另一实施例的纵截面，其中所述连接由联轴器9构成，该联轴器在纵向L上可移动且尤其具有弹簧弹性。联轴器9关于绕旋转轴线D的旋转最好被设计成是尽量刚性的，优选是旋转稳固的。图10所示的联轴器9被设计为波纹管弹簧。波纹管弹簧9优选由金属制成，以便在绕旋转轴线D旋转时获得高的抗扭刚度。波纹管弹簧9被设计成使波纹管弹簧9在纵向L上具有弹性，其中弹性特性例如可通过波纹管弹簧壁厚、所选材料(优选金属)以及波纹管弹簧的几何形状结构来定。在一个有利设计中，传感器8布置在内部空间9g中，该传感器测量在纵向L上的距离，例如距与之相对设置的波纹管弹簧9的端侧9f的距离。在一个尤其有利的设计中，联轴器9构成对外气密封闭的内部空间9g，使得源自外侧的污染物不会沉积在内部空间9g中，因此传感器8能以长期可靠且少维护的方式测量距端侧9f的距离。图11所示的联轴器9例如还可被用在如图1、图2或图8所示的阀1中，做法是连续的轴4被分为第一轴部4a和第二轴部4b，并且所述两个轴部4a、4b连接到联轴器9，如图10所示，因此，借助布置在轴4上的联轴器9，图1、图2或图8所示的轴4在纵向L上具有弹动特性。
图11示出扭簧7和轴4之间的连接的另一实施例的纵截面，其中所述连接包括空心圆柱形连接部分10和联轴器9的组合，其中联轴器9被设计为波纹管弹簧，如图10或图12所示。在一个有利设计中，传感器8布置在连接部分10中，该传感器例如测量距与之相对的波纹管弹簧9的端侧9f的距离。在一个尤其有利的设计中，连接部分10和也被设计为波纹管弹簧9的联轴器9构成对外气密封闭的共同的内部空间9g。图11所示的包括连接部分10和波纹管弹簧9的装置也可被用在例如图1、图2或图8所示的阀1中。例如，涡流传感器适合作为传感器8。
图12示出联轴器9的另一实施例，该联轴器包括具有波纹管状凸部9k的波纹管状的优选为金属的外壳9i和内部空间9g，内部空间部分地填充有弹性填充材料(以阴影线示出)，从而例如还是留有敞开的圆柱形内腔9h。弹性填充材料用于确定联轴器9在纵向L上的弹簧刚度或弹簧弹性，其中所述弹簧刚度尤其由填充材料的弹性和/或填充材料在外壳9i的波纹管状凸部9k中的布置来定。弹性填充材料优选由弹性塑料材料构成。弹性填充材料设置在内腔9h中，其中，至少一些波纹管状凸部9k(优选如图所示的所有凸部9k)优选完全填充有弹性填充材料9g。为了使闭合件3在纵向L上可靠自动运动，联轴器需要弹簧刚度，该弹簧刚度匹配于在纵向L上作用在闭合件3上的力。根据需要，可以以多种不同的弹簧刚度来制造图10-12所示的联轴器9。
图13示出闭合件3的另一实施例的立体俯视图。闭合件3的下侧可如图4所示来设计。闭合件3包括具有中心孔3c、中心点M和多个闭合部3a的毂3e，该闭合部在中心点M的径向上延伸并在周向上相互间隔。每个径向臂3a由板状部分3w和与之固定连接的肋3i组成，其中每个板状部分3w在径向上延伸到外周3s。每个肋3i背对通道开口2a的一侧在旋转轴线D的方向上突出超过板状部分3w。肋3i的高度3t朝向外周3s减小，因此具有减小的横截面积。闭合部3a的抗弯刚度尤其取决于突出肋3i的设计。肋3i的高度3t有利地在径向上朝着外侧减小，从而朝着外侧减小肋3i的质量，从而尤其径向朝外地减小闭合件3的质量，以便由此尤其与绕旋转轴线D的旋转运动相关地减小闭合件3的惯性。
图14示出阀座2的立体俯视图，该阀座与图3所示的实施例相比具有支撑元件2d，该支撑元件在环形面2c上在旋转轴线D的方向上突出且在周向上相互间隔，优选有序相互间隔，并且支撑元件2d相对于孔2e径向延伸。图15示出闭合件3的立体图，与图4所示的实施例相比，该闭合件在毂3e的表面上具有凹部3k，该凹部相对于中心孔3c径向延伸并与支撑元件2d彼此相反地布置。根据图14的阀座2和根据图15的闭合件3被设计成相互适配，使得相同数量的突出的支撑元件2d和凹部3k如此布置，即，为每个支撑元件2d提供一个相对的凹部3k，并且相应的支撑元件2d可接合在相对的凹部3k中。图16-18以沿图14的剖切线B的截面图示出处于不同位置的阀座2和闭合件3。在图16中，闭合件3具有降低的关闭位置，在此，闭合件3抵靠阀座2，并且每个支撑元件2d接合在与之相对设置的凹部3k中，其中突出的支撑元件2d完全容纳在凹部3k中，使得支承面2c平面抵靠毂3e。在图17的情况下，在闭合件3上存在向上的正压差ΔP，这导致闭合件3相对于图16在纵向L上被抬起，因此闭合件3处于抬起的关闭位置，在该位置中该闭合件3被抬升，但尚未相对于根据图16的位置绕旋转轴线D旋转。一旦闭合件3位于图17所示的位置，闭合件3就可绕旋转轴线D旋转。图18示出处于抬起位置的闭合件3，其中闭合件3相对于图16在纵向L上被抬升，且闭合件3在旋转轴线D的旋转方向上旋转。图18示出如下情况，在闭合件3上存在向下的负压差ΔP，这导致闭合件3想要降低向阀座2，但这被与闭合件3相抵的支撑元件2d阻止。抵靠闭合件3的支撑元件2d的端面相对较小，这带来的优点是使闭合件3沿旋转轴线D的旋转方向D2旋转所需的旋转力相对较小。因此，支撑元件2d具有的优点是，与没有支撑元件2d的实施例相比，闭合件3和阀座2之间的旋转阻力减小，因此即使如图所示闭合件3上存在负压差ΔP，闭合件3仍能可靠旋转，压差ΔP将闭合件3推向阀座2。因此，本发明的阀1可在较大的所存压差范围内可靠操作。在负压差ΔP情况下，支撑元件2d的另一个优点是减轻闭合件3和阀座2上的磨损，假定闭合件3和阀座2在负压差ΔP情况下相互旋转。
在另一实施例中，可以在阀座2上设置凹部而不是支撑元件2d，并且可以在闭合件3中彼此相反地设置支撑元件而不是凹部3k。
图19示出阀座2的另一实施例，该阀座与图3所示的实施例相比具有多个滚动件12，这些滚动件在周向上在环形面2c中间隔开。滚动件12稍微突出于环形面2c，如伸出1/10mm。滚动件12用于减小支承在阀座2或环形支承面2c上的旋转的闭合件3的滑动阻力或滚动阻力。滚动件12优选被设计为圆柱形或圆锥形并且优选由金属或陶瓷构成。
图20示出闭合件3的另一实施例的局部，该闭合件包括具有中心孔3c的毂3e并且包括多个径向闭合部3a，这些径向闭合部布置成在周向上彼此间隔并且连接到毂3e。图21示出从方向G看去的根据图20的单个闭合部3a的侧视图。图22示出闭合部3a的纵截面F-F，图23示出闭合部3a沿剖切线E-E的横截面。闭合部3a包括第一和第二径向侧壁3m、3n以及盖面3r，它们限定出内部空间3o。第一和第二径向侧壁3m、3n如此式延伸，侧壁3m、3n还分别形成一个朝着阀座2对准的平坦的密封面3d，如图23所示。两个密封面3d可以如图22所示与布置在毂3e上的密封面3d和布置在闭合部3a的外周3s区域中的密封面3d一起抵靠在阀座2的端侧2b上且密封通道开口2a，例如在根据图3的阀座2的情况下，密封面3d抵靠于端侧2b。处于降低的关闭位置的闭合件3支承在阀座2上，其中闭合件3如此相对于阀座2布置，即，密封面3d抵靠于端侧2b并封闭通道开口2a，其中闭合部3a的勺状内部空间3o此时高于通道开口2a并与之流体连通。图20-23所示的闭合件3的优点在于，径向闭合部3a尤其借助侧壁3m、3n在相应选择材料的情况下具有高的刚度，另一方面，径向闭合部3a可以设计成质量轻的，这在闭合件3绕旋转轴线D旋转时带来如下优点，闭合件具有减小的惯性。因此，为了使闭合件3绕旋转轴线D旋转，确切说在加速阶段和制动阶段中，需要较小的力以使闭合件3从打开位置移动到关闭位置或反之从关闭位置移动到打开位置。
图24示出再次从方向G看去的单个闭合部3a的另一实施例的侧视图。图25示出根据图24的闭合部3a沿剖切线H-H的纵截面，图26示出闭合部3a的沿剖切线I-I的横截面。闭合部3a还包括第一和第二径向侧壁3m、3n以及盖面3r，其中如图24-26所示，与根据图21-23的实施例相比，径向侧壁3m、3n被设计为更宽且突出超过盖面3r。在旋转轴线D的延伸方向上较宽的侧壁3m、3n具有以下优点：在侧壁3m、3n的壁厚相同的情况下，径向闭合部3a具有高的稳定性或较高的抗弯刚度，或者侧壁3m、3n被设计得更薄，从而闭合部3a具有较小质量。一个闭合件3的所有闭合部3a有利地以相同的方式设计。
图27示出联轴器9的另一实施例的纵截面，该实施例是根据图10和图11的联轴器9的替代方式。图28示出根据图27的联轴器的沿剖切线C-C的截面。如已在图10和图11中描述的那样，如图27和图28所示的联轴器9在纵向L上也有可移动性，而联轴器9关于绕旋转轴线D的旋转是抗扭刚性的。联轴器9包括固定连接到第一轴部4a的第一联轴器部分9a以及固定连接到第二轴部4b的第二联轴器部分9b。第一联轴器部分9a包括角形凹槽9d，第二联轴器部分9b包括角形突出部9c，其中凹槽9d和突出部9c被设计成相互匹配，从而可实现在纵向L上的相对运动，其中几乎或根本不可能绕旋转轴线D相对旋转。第一和第二联轴器部分9a、9b通过弹性弹簧部分9e以弹簧弹性的方式彼此连接，使得第一和第二联轴器部分9a、9b可在纵向L上相对运动。如图所示，弹簧部分9e可被设计为空心圆柱形并且例如由塑料制成。在一个有利设计中，传感器8如图所示安置在联轴器9内，该传感器例如通过测量传感器8与端侧9f之间的距离来测量两个联轴器部分9a、9b之间的距离或距离变化。在一个有利设计中，联轴器9具有止挡9l，止挡限定联轴器9的最大行程距离。弹簧部分9e的弹性优选被选择为使闭合件3可在纵向L上自动运动。
图29示出处于第一基本位置的电磁驱动机构5，图30示出处于第二基本位置的同一电磁驱动机构5。驱动机构5包括具有四个磁轭5b和用于线圈的内部空间5c的定子5a。缠绕在四个磁轭5b中每一个并在内部空间5c中延伸的用于产生磁场的导电线圈未被示出。此外，驱动机构5包括衔铁5d，该衔铁优选固定连接至轴4或扭簧7并可绕旋转轴线D枢转地安装。驱动机构5被设计成使衔铁5d的最大枢转范围略大于使闭合件3旋转所需的角度。取决于结构设计，驱动机构5优选具有在5°至20°范围内的枢转角。将闭合件3从打开位置旋转到关闭位置7.2°意味着打开位置与关闭位置在周向上合在一起占据总共14.4°的旋转角度，从而阀座2具有在周向上均匀相互间隔的二十五个通道开口2a，如图3所示。因此，驱动机构5的衔铁5d将必须转动绕稍大的角度，例如转动角度在8°至10°范围内，尤其取决于第一轴部4a的抗扭刚性。图3所示的阀座2具有以下优点：从打开位置到关闭位置需要小的旋转角度，这样可实现尤其快速的切换或尤其短的切换时间。图29-31所示的驱动机构5适于使如图1、图2、图8和图9所示的闭合件5转动了例如7.2°的角度范围，以驱动闭合件5并使后者从打开位置旋转到关闭位置，或反之。
在一个尤其有利的设计中，如图31所示，阻尼元件5f设置在衔铁5d的端部上，阻尼元件的任务是防止衔铁5d与磁轭5b直接接触。阻尼元件5f由非磁性材料如铝或塑料材料构成。该设计的优点在于防止衔铁5d粘附在磁轭5b上，从而确保当用于切换衔铁5d的相应磁场施加到驱动机构5时衔铁5b立即脱离磁轭5b。包括图29-31所示的驱动机构5的如图1、图2、图8、图9所示的活塞压缩机阀1可以非常快速地从关闭位置切换到打开位置，反之亦然，其中切换时间小于0.1秒，尤其有利地处于约2.5毫秒范围内，或者处于2至10毫秒的范围内。
不必将闭合件3的旋转角度作为闭合件3的状态变量E来测量，因为不能从所述状态变量中得到关于闭合件3沿纵向L位移的指示，因此基于所述状态变量无法判断调节驱动机构5将启动的时刻。然而，为了活塞压缩机阀的可靠运行而可被证明有利的是，闭合件3的旋转角度或与其相关的变量、尤其是调节驱动机构5的旋转角度也可被额外测量。还有利的是测量压缩机的曲轴角度。通过压缩机曲轴角度，可以确定何时或在哪个曲轴角度必须打开或关闭活塞式压缩机阀，或在哪个曲轴角度发生活塞压缩机阀的排气或进气。可以例如通过测量闭合件3的旋转角度来发现闭合件3的功能故障并且可产生故障信号，或者例如如果闭合件3没有在由曲轴角度预定的周期中通过闭合件3的旋转被打开和关闭，则可以在紧急情况下停止活塞压缩机。

Claims (17)

1.一种活塞压缩机阀，包括具有多个通道开口的阀座、能绕旋转轴线(D)旋转的用于启闭所述通道开口的闭合件、以及用于旋转所述闭合件的调节驱动机构，其中所述阀座具有端侧，所述通道开口通入所述端侧，其中所述闭合件设计成一体的，其中所述闭合件能在所述旋转轴线(D)的延伸方向上自动移动地连接至所述调节驱动机构，使得所述闭合件通过所述调节驱动机构能绕所述旋转轴线(D)旋转并相对于所述端侧在所述旋转轴线(D)的延伸方向上自动移位，并且还包括用于检测所述活塞压缩机阀的状态变量(E)的传感器和根据所述状态变量(E)启动所述调节驱动机构的控制装置。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征是，所述传感器设计用于检测所述闭合件的状态变量(E)，除所述闭合件的旋转角度之外。
3.根据权利要求1所述的阀，其特征是，所述闭合件通过在所述旋转轴线(D)的延伸方向上弹动的联轴器联接至所述调节驱动机构。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征是，所述联轴器相对于绕所述旋转轴线(D)的旋转是旋转稳固的，使得所述闭合件在绕所述旋转轴线(D)旋转时基本跟随或正好跟随所述调节驱动机构的旋转。
5.根据权利要求1所述的阀，其特征是，所述闭合件通过轴联接至所述调节驱动机构，并且所述轴安装成不仅能在所述旋转轴线(D)的延伸方向上并能在所述旋转轴线(D)的旋转方向上运动。
6.根据权利要求5所述的阀，其特征是，所述传感器设计用于检测所述闭合件或所述轴在所述旋转轴线(D)的延伸方向上的运动作为所述状态变量(E)。
7.根据权利要求1所述的阀，其特征是，所述传感器设计用于检测所述闭合件和所述阀座之间的直接接触作为所述状态变量(E)。
8.根据权利要求1所述的阀，其特征是，所述传感器设计用于检测所述闭合件上的压差作为所述状态变量(E)。
9.根据权利要求5所述的阀，其特征是，所述阀座包括中心孔，所述通道开口在中心孔的径向上延伸，所述中心孔不仅设计为径向轴承也设计为轴向轴承，所述轴在所述中心孔内安装成能旋转并能在所述旋转轴线(D)的延伸方向上移位，所述闭合件固定连接至所述轴，并且所述轴通过联轴器连接至所述调节驱动机构。
10.根据权利要求3所述的阀，其特征是，所述闭合件布置在所述阀座和弹动的所述联轴器之间以便形成压力阀，或者所述阀座布置在所述闭合件和弹动的所述联轴器之间以形成吸入阀。
11.根据权利要求1所述的阀，其特征是，所述阀座具有在所述旋转轴线(D)的径向上延伸的通道开口，所述通道开口在所述旋转轴线(D)的周向上具有最多10°的宽度，使得所述闭合件通过绕所述旋转轴线(D)旋转最多10°而能在打开位置和闭合位置之间来回切换。
12.根据权利要求9所述的阀，其特征是，扭簧包括内部扭簧以及外部扭簧，它们与旋转轴线(D)同轴布置并在所述旋转轴线(D)的延伸方向上延伸，所述内部扭簧在其第一端连接至所述调节驱动机构，所述外部扭簧在其第一端连接至位于所述调节驱动机构邻近所述扭簧一侧的盖，所述内部扭簧和所述外部扭簧在其第二端彼此连接，并且所述扭簧在其第二端连接至所述联轴器或所述轴。
13.一种活塞压缩机阀控制方法，其中所述活塞压缩机阀包括具有多个通道开口的阀座、能绕旋转轴线(D)旋转的用于启闭所述通道开口的闭合件以及用于旋转所述闭合件的调节驱动机构，其中所述闭合件设计成是一体的，其中所述闭合件根据作用在所述阀上的工作气体压力在所述旋转轴线(D)的延伸方向上自动移位并且抵靠所述阀座或者抬离所述阀座，其中测量所述活塞压缩机阀的状态变量(E)，并且其中所述闭合件根据所述状态变量(E)通过所述调节驱动机构绕所述旋转轴线(D)旋转。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征是，测量所述闭合件在所述旋转轴线(D)的延伸方向上的抬起作为所述状态变量(E)，并且当抬起被测量时，所述闭合件从关闭位置旋转到打开位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是，在测量所述抬起期间，一旦所述抬起超过预定的最小距离(Dmin)，则所述闭合件从关闭位置旋转到打开位置。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征是，测量所述闭合件的密封面与所述阀座的端侧之间的间距作为所述状态变量(E)，并且如果所述间距超出0.1毫米的最小距离(Dmin)，则所述闭合件从关闭位置旋转到打开位置。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征是，测量所述阀座上的压差作为所述状态变量(E)，并且如果所述压差低于预定最小压力(Pmin)，则所述闭合件从关闭位置旋转到打开位置。
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