DE102004047159A1

DE102004047159A1 - Kolbenverdichter, insbesondere hermetischer Kältemittelverdichter

Info

Publication number: DE102004047159A1
Application number: DE102004047159A
Authority: DE
Inventors: Frank Holm Iversen
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: DE102004047159B4; ITTO20050673A1; US20060067844A1; CN1755108A

Abstract

Es wird ein Kolbenverdichter (1), insbesondere hermetischer Kältemittelverdichter, angegeben mit einem Verdichtungsraum (2), der durch einen Zylinder (3), einen Kolben (4) und eine Ventilplattenanordnung (5) begrenzt ist, die eine Saugventilanordnung (14, 15) und eine Druckventilanordnung (16, 17) aufweist. DOLLAR A Man möchte einen Kolbenverdichter mit einem guten Wirkungsgrad angeben. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß die Saugventilanordnung (14, 15) in einem zentralen Bereich des Zylinders (3) in den Verdichtungsraum (2) mündet und die Druckventilanordnung (16, 17) eine Mehrzahl von Drucköffnungen (16) aufweist, die in einem Ringbereich angeordnet sind, der die Saugventilanordnung (14, 15) umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere einen hermetischen Kältemittelverdichter, mit einem Verdichtungsraum, der durch einen Zylinder, einen Kolben und eine Ventilplattenanordnung begrenzt ist, die eine Saugventilanordnung und eine Druckventilanordnung aufweist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Kältemittelverdichters als Beispiel für einen Kolbenverdichter beschrieben. Sie ist jedoch auch bei anderen Kolbenverdichtern anwendbar.
Bei einem Kältemittelverdichter vergrößert sich der Verdichtungsraum, wenn der Kolben von der Ventilplattenanordnung weg bewegt wird. In diesem Fall wird Kältemittelgas durch die Saugventilanordnung in den Verdichtungsraum eingesaugt. Wenn der Kolben in die umge kehrte Richtung bewegt wird, d.h. auf die Ventilplattenanordnung zu, dann wird das Kältemittelgas zunächst komprimiert und dann durch die Druckventilanordnung ausgestoßen.

Aus DE 35 26 255 A1 ist ein Kolbenverdichter mit einem kombinierten Saug- und Druckventil bekannt, bei dem eine zentrale Drucköffnung in einer Ventilplatte von einem Ventilelement abgedeckt ist, das als Lamelle ausgebildet ist. Um die zentrale Drucköffnung herum sind mehrere Saugöffnungen angeordnet, die von einem zusammenhängenden Ventilelement abgedeckt werden, das die Form einer Kreisringscheibe hat. Diese Kreisringscheibe wird von dem Druckventilelement an der Ventilplatte festgespannt. Diese Konstruktion führt zu einem erheblichen Totraum im oberen Totpunkt des Kolbens und zu einer relativ starken Erwärmung des Sauggases, weil dieses direkt an der Zylinderwandung in den Verdichtungsraum einströmt.

DE 27 26 089 A1 zeigt eine Ventilplatte für einen Kolbenverdichter, bei der die Saugventilanordnung und die Druckventilanordnung jeweils mehrere Öffnungen aufweisen, die in nierenförmigen Durchbrüchen vorgesehen sind. Hierbei sind die Saugöffnungen in einem Ringbereich angeordnet, der die Drucköffnungen umgibt. Dies erlaubt eine radiale Zufuhr des Sauggases in den Zylinderkopf hinein. Dieses angesaugte Gas soll vor dem Einführen in die Saugkammer zu Kühlzwecken benutzt werden.

GB 2 083 566 A zeigt eine weitere Konstruktion eines Kolbenverdichters mit mehreren zentrisch angeordneten Drucköffnungen. Die Drucköffnungen sind von einem ge meinsamen Ventilelement abgedeckt, das als Ring ausgebildet ist. Eine Vielzahl von Saugöffnungen ist in einem Ringbereich vorgesehen, der die Drucköffnungen umgibt.

US 5 173 040 zeigt einen Luftkompressor, bei dem mehrere Saugöffnungen mit einem gemeinsamen Saugventilelement in einer Hälfte der Querschnittsfläche des Verdichtungsraums angeordnet sind, während mehrere Drucköffnungen in der anderen Hälfte angeordnet sind.

US 3 926 214 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung, bei der mehrere Gruppen von Saugöffnungen vorgesehen sind. Die Saugöffnungen einer Gruppe sind von einem gemeinsamen Ventilelement abgedeckt, das als Streifen ausgebildet ist, der an beiden Enden gelagert ist. Ein Ende ist dabei festgelegt und das andere Ende ist beweglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolbenverdichter mit einem guten Wirkungsgrad anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Kolbenverdichter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Saugventilanordnung in einem zentralen Bereich des Zylinders in den Verdichtungsraum mündet und die Druckventilanordnung eine Mehrzahl von Drucköffnungen aufweist, die in einem Ringbereich angeordnet sind, der die Saugventilanordnung umgibt.

Mit dieser Ausgestaltung wird das Gas im Bereich der Achse des Zylinders in den Verdichtungsraum angesaugt. Dadurch wird der direkte Kontakt des angesaugten kalten Kältemittelgases mit der heißen Wand des Zylinders we sentlich vermindert und zeitlich verzögert. Das bedeutet, daß sich das Sauggas während der Ansaugphase, d.h. während der Vergrößerung des Verdichtungsraums, nicht so stark erwärmt und ausdehnt, wie dies der Fall ist, wenn das Gas in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zylinderwand einströmt. Es kann also bei jedem Ansaugvorgang ein größerer Massenstrom eingesaugt werden. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Verdichters. Der Ausstoß des verdichteten Gases erfolgt dann in einem Bereich, der der Wand des Zylinders näher benachbart ist. Dadurch, daß man mehrere Drucköffnungen zur Verfügung hat, werden die Strömungsverhältnisse für den Ausstoß der größeren Kältemittelmasse günstig gestaltet. Man kann nämlich die Summe der Querschnitte der Druckventilöffnungen insgesamt größer wählen als den Querschnitt einer einzelnen Öffnung, die bislang vielfach verwendet wurde. Durch die Mehrzahl von Drucköffnungen trägt man also dafür Sorge, daß der erhöhte Massenstrom nicht nur verdichtet, sondern auch ohne größere Hindernisse ausgestoßen werden kann.

Vorzugsweise weist die Saugventilanordnung eine Dralleinrichtung auf, die einer Sauggasströmung eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung des Zylinders vermittelt. Das angesaugte Gas wird also in Rotation versetzt, so daß es einen Einlaßstrom bildet, in dem das Gas von der Achse des Zylinders sternförmig und schräg nach unten in den Zylinder geführt wird. Ein Kontakt mit der Zylinderwand tritt also erst relativ spät auf. Andererseits wird durch die Drall- oder Rotationsbewegung auch erreicht, daß eine Zentrifugalkraft auf das Gas wirkt. Das Gas kann sich dann von der zentrisch an geordneten Saugventilanordnung im Verdichtungsraum verteilen, so daß eine gute Füllung erreicht wird.

Vorzugsweise weist die Saugventilanordnung mehrere Saugöffnungen auf, von denen jede durch ein eigenes Saugventilelement abgedeckt ist. Diese Ausgestaltung hat zum einen den Vorteil, daß beim Ansaughub eine relativ große Querschnittsfläche zur Verfügung steht, durch die das Gas in den Verdichtungsraum einströmen kann. Dadurch, daß jede Saugöffnung ein eigenes Saugventilelement aufweist, kann die Masse eines Saugventilelements klein gehalten werden. Dementsprechend ist eine schnelle Reaktion möglich. Auch der Hub, den ein einzelnes Saugventilelement durchführen muß, um die Saugöffnung freizugeben, kann klein gehalten werden.

Hierbei ist bevorzugt, daß sich die Saugventilelemente in Umfangsrichtung öffnen. Die Saugventilelemente bilden also die Dralleinrichtung oder zumindest einen Teil davon. Dadurch, daß sich die Saugventilelemente in Umfangsrichtung öffnen, wird dem in den Verdichtungsraum einströmenden Gasstrom der Drall versetzt, die Saugventilelemente verursachen also die Rotationsbewegung des Gasstroms.

Hierbei ist bevorzugt, daß sich jedes Saugventilelement zu einem Bereich hin öffnet, in dem ein benachbartes Saugventilelement mit seinem Rücken angeordnet ist. Der durch eine Saugöffnung hindurchtretende Gasstrom wird also zunächst durch das Saugventilelement, das die entsprechende Saugöffnung abdeckt, umgelenkt und zwar in Umfangsrichtung. Nach diesem Umlenken trifft der Gasstrom auf den Rücken des benachbarten Saugventilele ments. Da das benachbarte Saugventilelement ebenfalls geöffnet hat und dementsprechend leicht schräg steht, wird der Gasstrom noch einmal geringfügig abgelenkt. Der Gasstrom bekommt also, wie oben erwähnt, eine Richtung, die schräg nach unten in den Verdichtungsraum gerichtet ist.

Vorzugsweise umgreifen die Saugventilelemente einander zumindest teilweise. Die Saugventilelemente sind also miteinander verschachtelt. Beim Öffnen während eines Ansaughubs des Kolbens bewegen sich die Saugventilelemente sozusagen schraubenförmig in den Zylinder hinein und bilden dabei eine Leiteinrichtung, die zu der oben genannten Rotationsbewegung des Gasstromes führt.

In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Saugventil ein Saugventilelement aufweist, das sich während einer Öffnungsbewegung parallel zur Ebene der Saugventilplatte in den Verdichtungsraum hinein verlagert. Bei dieser Ausgestaltung des Saugventils ergibt sich zwar keine Drallwirkung. Man erreicht aber ein schnelles Freigeben einer relativ großen Öffnung, nämlich eines Spalts zwischen dem Saugventilelement und der Saugventilplatte, der sich praktisch um das gesamte Saugventilelement herum erstreckt. Damit wird der für den Saugeinlaß zur Verfügung stehende Bereich des Zylinders optimal ausgenutzt.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Saugventilelement zentrisch an der Saugventilplatte angeordnet ist. Damit wird der Zylinder gleichmäßig von einem mittleren Bereich her gefüllt.

Bevorzugterweise ist das Saugventilelement durch mindestens einen Haltearm mit der Saugventilplatte verbunden, der das Saugventilelement im Schließzustand in Umfangsrichtung zumindest teilweise umgibt. Mit diesem Haltearm wird einerseits eine relativ schnelle Öffnungsbewegung ermöglicht. Andererseits bietet dieser Haltearm dem einströmenden Gas keinen größeren Widerstand, so daß das Befüllen des Zylinders relativ schnell erfolgen kann.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Haltearm das Saugventilelement über mindestens 180° umgibt. Wenn mehrere Haltearme vorgesehen sind, dann wird dieser Umfangswinkel unter den mehreren Haltearmen aufgeteilt. In jedem Fall kann der Umfangswinkel auch mehr als 180° betragen. Dadurch, daß der Haltearm in Umfangsrichtung um das Saugventilelement herumgeführt ist, ergibt sich eine relativ große Länge, so daß ein ausreichender Öffnungshub des Saugventilelements realisiert werden kann.

Vorzugsweise sind mindestens drei Haltearme vorgesehen, die sich in Umfangsrichtung teilweise überlappen. Mit einer derartigen Ausgestaltung wird sichergestellt, daß das Saugventilelement auch bei einer Öffnungsbewegung praktisch in der Mitte der Saugventilplatte bleibt.

Vorzugsweise münden die Drucköffnungen in einen Ringkanal. In dem Ringkanal kann dann das ausgestoßene Gas zu einem Auslaß strömen. Der Ringkanal kann so dimensioniert werden, daß er dem ausströmenden Gas möglichst wenig Strömungswiderstand entgegensetzt.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Drucköffnungen jeweils von einem Druckventilelement abgedeckt sind, das in Umfangsrichtung öffnet. Das Druckventilelement sorgt also dafür, daß das aus der jeweiligen Drucköffnung herausströmende Gas gleich die richtige Richtung erhält und zwar die Umlaufrichtung des Ringkanals. Der Ringkanal kann mit einer Boden- oder Deckenwand auch einen Anschlag für die Bewegung der Druckventilelemente bilden.

Auch ist von Vorteil, wenn sich das Druckventilelement und das Saugventilelement in die gleiche Umfangsrichtung öffnen. Dadurch kann die von der Saugventilanordnung verursachte Rotationsbewegung des Kältemittelgases noch besser ausgenutzt werden. Die Bewegungsenergie des Kältemittelgases bleibt zumindest teilweise erhalten, so daß der Wirkungsgrad des Verdichters verbessert werden kann.

Hierbei ist bevorzugt, daß alle Druckventilelemente in die gleiche Umfangsrichtung öffnen. Der Gasstrom, der durch die Drucköffnungen ausgestoßen wird, wird dann insgesamt eine Richtung in Umfangsrichtung haben, ohne daß es zu unnötigen Verwirbelungen kommt, wenn zwei Gasströme, die aus unterschiedlichen Drucköffnungen ausgestoßen werden, in Kontakt kommen.

Auch ist von Vorteil, daß die Druckventilelemente als federnde Zungen ausgebildet sind, die von einer Druckventilplatte ausgehen, wobei jede Zunge in einer Ausnehmung angeordnet ist, die sich in radialer und/oder Umfangsrichtung über die Zunge hinaus erweitert. Diese Ausnehmungen setzen daher bei geöffnetem Druckventil element dem ausströmenden Gas einen relativ geringen Strömungswiderstand entgegen.

Vorzugsweise übergreift der Ringkanal die Stirnseite des Zylinders und die Drucköffnungen sind der Umfangswand des Zylinders eng benachbart angeordnet. Im Extremfall bedeutet dies, daß die Drucköffnungen in Radialrichtung mit der Innenwand des Zylinders abschließen. In der Praxis werden hier jedoch kleinere Abweichungen vorhanden sein. Diese Ausgestaltung hat mehrere Vorteile. Insbesondere in Verbindung mit der Rotationsbewegung des Gasstroms, die sich auch in der Kompressionsphase fortsetzt, hat das ausströmende Gas bereits die Tendenz, radial nach außen und damit zur Wand des Zylinders zu strömen. Die Drucköffnungen befinden sich also bereits an der richtigen Stelle, also dort, wo das Gas hinströmen will. Im Ringkanal steht dann ausreichend Raum zur Verfügung, um das durch die Drucköffnungen ausgestoßene Gas aufzunehmen. In der Saugphase führt dies allerdings dazu, daß im Ringkanal ein höherer Druck herrscht als im Verdichtungsraum. Bei diesem höheren Druck besteht die Gefahr, daß sich die Ventilplattenanordnung durchbiegt. Diese Gefahr wird dadurch ganz erheblich vermindert, daß die Ventilplattenanordnung auf der dem Verdichtungsraum zugewandten Seite durch den Zylinder zumindest teilweise abgestützt ist. Die auf die Ventilplattenanordnung wirkenden Kräfte werden also teilweise von der Wand des Zylinders aufgenommen.

Vorzugsweise weist die Ventilplattenanordnung eine Basisplatte, eine Saugventilplatte und eine Druckventilplatte auf, wobei die Saugventilplatte und die Druck ventilplatte auf der dem Zylinder zugewandten Seite der Basisplatte angeordnet sind und die Druckventilplatte mindestens einen Ventilsitz für die Saugventilanordnung und die Saugventilplatte mindestens einen Ventilsitz für die Druckventilanordnung bildet. Da die Druckventilplatte und die Saugventilplatte, die in der Regel aus Federstahl bestehen, wesentlich dünner gehalten werden können als die Basisplatte, die eine gewisse mechanische Stabilität zur Verfügung stellen muß, kann auf diese Weise der schädliche Raum oder Totraum sehr klein gehalten werden. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Verdichters weiter.

Vorzugsweise sind die Saugventilplatte, die Druckventilplatte und die Basisplatte durch mindestens eine umlaufende, gasdichte Ringnaht miteinander verbunden, die die Saugventilplatte und die Druckventilplatte durchsetzt und die Saugventilanordnung von der Druckventilanordnung trennt. Die Ringnaht hat also zwei Aufgaben. Sie verbindet einerseits die Saugventilplatte, die Druckventilplatte und die Basisplatte. Sie dichtet andererseits den Saugbereich gegen den Druckbereich ab, so daß weder beim Saughub noch beim Druckhub Gas an den Saug- oder Druckventilen vorbei in den jeweils anderen Bereich gelangen kann. Auch dies verbessert den Wirkungsgrad des Verdichters. Die Ringnaht kann beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben gebildet sein.

Vorzugsweise bildet die Ringnaht einen in den Verdichtungsraum vorstehenden Wulst und der Kolben weist im Bereich des Wulstes eine Ausnehmung in seiner Stirnseite auf. Dies vereinfacht die Fertigung. Man muß den bei der Herstellung der Ringnaht entstehenden Wulst nicht beseitigen. Dies könnte unter Umständen auch zu einer Schwächung der Verbindung innerhalb der Ventilplattenanordnung führen. Gleichwohl bleibt der Totraum minimal, weil der Wulst in den Kolben eintauchen kann.

Vorzugsweise ist mindestens eine zweite Ringnaht vorgesehen, die radial außerhalb der Drucköffnungen verläuft. Auch diese Ringnaht kann die Saugventilplatte, die Druckventilplatte und die Basisplatte miteinander verbinden und die Saugventilplatte und die Druckventilplatte durchsetzen. Die zweite Ringnaht sorgt dafür, daß die Ventilplattenanordnung radial nach außen dicht ist, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen für eine Abdichtung radial nach außen getroffen werden müssen.

Vorzugsweise ist die zweite Ringnaht im Bereich einer Dichtung angeordnet, die zwischen der Stirnseite des Zylinders und der Ventilplattenanordnung angeordnet ist. Die zweite Ringnaht, die in der Regel ebenfalls einen Wulst bildet, drückt dann etwas in die Dichtung ein. Dies hat den Vorteil, daß die Dichtung in Radialrichtung durch die Ringnaht festgehalten wird, so daß eine Verlagerung auch bei größeren Drücken nicht zu befürchten ist. Umgekehrt muß man keine Maßnahmen treffen, um den Wulst der zweiten Ringnaht handhaben zu können.

Vorzugsweise weist die Basisplatte einen umlaufenden Flansch auf, der sich in Axialrichtung erstreckt und eine Ausnehmung bildet, in die der Zylinder mit einer Stirnseite eingesetzt ist. Der Zylinder wird also in Umfangsrichtung stabil an der Ventilplattenanordnung gehalten.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Flansch in Umfangsrichtung mindestens eine Unterbrechung aufweist, in die ein radialer Vorsprung eingreift, der an der Saugventilplatte und/oder der Druckventilplatte ausgebildet ist. Dieser Vorsprung kann genutzt werden, um die Saugventilplatte und/oder die Druckventilplatte winkelmäßig richtig zu positionieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einem Kolbenverdichter,
2 eine Saugventilplatte vom Verdichtungsraum aus gesehen,
3 die Saugventilplatte nach 2 in perspektivischer Darstellung,
4 eine Druckventilplatte vom Verdichtungsraum aus gesehen,
5 eine Draufsicht auf ein Ventilsystem vom Verdichtungsraum her gesehen,
6 eine Basisplatte vom Verdichtungsraum her gesehen,
7 die Basisplatte von der gegenüberliegenden Seite aus gesehen,
8 die Basisplatte von der Seite und
9 verschiedene Ausführungsformen von abgewandelten Saugventilplatten.
Ein Kolbenverdichter 1, der in 1 nur ausschnittsweise dargestellt ist, weist einen Verdichtungsraum 2 auf, der von einem Zylinder 3, einem Kolben 4 und einer Ventilplattenanordnung 5 begrenzt ist. Wenn der Kolben 4 im Zylinder 3 auf und ab bewegt wird, dann ändert sich die Größe des Verdichtungsraums. Wenn der Kolben 4 von der Ventilplattenanordnung 5 weg bewegt wird, dann vergrößert sich der Verdichtungsraum 2 und Gas, beispielsweise ein Kältemittelgas, wird angesaugt. Wenn der Kolben 4 auf die Ventilplattenanordnung 5 zu bewegt wird, dann wird das im Verdichtungsraum 2 befindliche Gas komprimiert und letztendlich ausgestoßen.
Um die Gasströmungen zu steuern, weist die Ventilplattenanordnung 5 eine Basisplatte 6 auf, die relativ massiv ist und der Ventilplattenanordnung 5 den größten Teil ihrer mechanischen Stabilität verleiht. In der Basisplatte 6 sind mehrere Saugkanäle 7 vorhanden, die von einer Vertiefung 8 ausgehen. Die Vertiefung 8 dient beispielsweise dazu, einen nicht näher dargestellten Saugschalldämpfer zu montieren.
Die Basisplatte 6 weist weiterhin einen Ringkanal 9 auf, der mit einem Druckanschluß 10 in Verbindung steht.
An der dem Verdichtungsraum 2 zugewandten Seite der Basisplatte 6 ist zunächst eine Druckventilplatte 11 und auf der dem Verdichtungsraum 2 zugewandten Seite der Druckventilplatte 11 ist eine Saugventilplatte 12 ange ordnet. Die Saugventilplatte 12, die Druckventilplatte 11 und die Basisplatte 6 sind durch eine ringförmig ausgebildete Schweißnaht 13 miteinander verbunden. Die Schweißnaht 13 durchsetzt dabei die Druckventilplatte 11 und die Saugventilplatte 12. Sie ist, wie dies in 5 dargestellt ist, in Umfangsrichtung geschlossen und bildet, wie weiter unten näher erläutert werden wird, eine Sperre zwischen einem Druckventilbereich und einem Saugventilbereich.
Die Druckventilplatte 11 weist mehrere Saugöffnungen 14 auf, wobei die Anzahl und die Position der Saugöffnungen 14 mit der Anzahl und der Position der Saugkanäle 7 übereinstimmt. Jede Saugöffnung 14 ist etwas größer als der zugehörige Saugkanal 7. Die Saugöffnungen 14 werden durch Saugventilelemente 15 abgedeckt. Die Saugventilelemente 15 sind Bestandteil der Saugventilplatte 12.
Die Saugventilplatte 12 weist eine Vielzahl von Drucköffnungen 16 auf, die jeweils von einem Druckventilelement 17 abgedeckt sind. Die Druckventilelemente 17 sind Bestandteil der Druckventilplatte 11.
Die Basisplatte 6, die Druckventilplatte 11 und die Saugventilplatte 12 sind durch eine zweite Schweißnaht 18 miteinander verbunden, die radial außerhalb des Ringkanals 9 angeordnet ist. Auch die zweite Schweißnaht 18 ist in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet und bildet eine gasdichte Verbindung.
Die Basisplatte 6, die Druckventilplatte 11 und die Saugventilplatte 12 bilden zusammen die Ventilplattenanordnung 5 (5), die unter Zwischenlage einer Dichtung 20 auf die Stirnseite des Zylinders 3 aufgesetzt ist. Die Ventilplattenanordnung 5 kann mit Hilfe einer nur schematisch dargestellten Klammer 21 mit dem Zylinder 3 verbunden werden. Die zweite Schweißnaht 18 kann dabei einen in Richtung auf den Zylinder 3 vorstehenden Wulst 22 aufweisen, der sich dann etwas gegen die Dichtung 20 eindrückt. Wenn die erste Schweißnaht 13 ebenfalls einen Wulst 23 aufweist, dann ist es zweckmäßig, in der Stirnseite des Kolbens 4 eine umlaufende Ausnehmung 24 vorzusehen, in die der Wulst 23 im oberen Totpunkt des Kolbens 4 eintauchen kann, um den Totraum so klein wie möglich zu halten.
Die Druckventilplatte 11 und die Saugventilplatte 12 sind vorzugsweise aus Federstahl hergestellt und durch die Schweißnähte 13, 18 unlösbar miteinander und mit der Basisplatte 6 verbunden. Die Saugventilelemente 15 und die Druckventilelemente 17 sind dabei durch Zungen gebildet, die durch Ausstanzungen in der Saugventilplatte 12 und der Druckventilplatte 11 gebildet sind. Die Saugventilplatte 12 bildet mit dem Rand der Drucköffnungen 16 Ventilsitze für die Druckventilanordnung. Die Druckventilplatte 11 bildet mit dem Rand der Saugöffnungen 14 Ventilsitze für die Saugventilanordnung.
Die Saugöffnungen 14 sind im zentralen Bereich der Druckventilplatte 11 vorgesehen. Die Saugventilelemente 15 sind hierbei als ineinander verschlungene Teile, die sich teilweise umgreifen, ausgebildet. Die Dicke der Saugventilplatte 12 ist hierbei so gewählt, daß sich bei einem Saughub eine ausreichende, aber auch nicht übermäßige Auslenkung der Saugventilelemente 15 ergibt, da hier keine Anschlagvorrichtung für die Saugventil elemente 15 vorhanden ist. Die Druckventilelemente 17 können bei ihrer Öffnungsbewegung hingegen an der Basisplatte 6 im Ringkanal 9 anschlagen.
Wie insbesondere aus 3 zu erkennen ist, öffnen sich die Saugventilelemente 15 bei einem Saughub schraubenförmig in den Verdichtungsraum 2 hinein. Jedes Saugventilelement 15 öffnet sich also so, daß eine Bewegungskomponente des durch das Saugventilelement 15 abgelenkten Gases eine große Komponente in Umlaufrichtung (bezogen auf eine nur schematisch dargestellte Achse 25 des Zylinders 3) hat. Der durch ein Saugventilelement 15 abgelenkte Gasstrom gelangt dabei auf die Rückseite (d.h. die dem Verdichtungsraum 2 zugewandte Seite) des benachbarten Saugventilelements 15. Dadurch erhält der Gasstrom eine Richtung, in der das Gas von der Zylinderachse 25 sternförmig und schräg nach unten in den Verdichtungsraum 2 geführt wird. Ein Kontakt mit der Zylinderwand tritt also erst relativ spät auf. Dadurch, daß sich alle Saugventilelemente 15 umfangsmäßig in die gleiche Richtung öffnen, entsteht nach dem Auftreffen auf die Innenwand des Zylinders 3 ein insgesamt rotierender Gasstrom.
Die Drucköffnungen 16 sind so angeordnet, daß ihre radial äußere Erstreckung praktisch mit der Innenwand des Zylinders 3 abschließt. Der Ringkanal 9 erstreckt sich radial jedoch noch weiter nach außen. Dies hat zur Folge, daß die Saugventilplatte 12 durch die Stirnseite des Zylinders 3 bei einem Saughub in ausreichendem Maße unterstützt wird, so daß sich der relativ kurze Bereich, der zwischen der Wand des Zylinders 3 und der Schweißnaht 23 verbleibt, nicht durchbiegen kann.
Dadurch, daß die Drucköffnungen 16 am radial äußeren Bereich des Verdichtungsraums 2 angeordnet sind, ergeben sich günstige Verhältnisse beim Ausstoßen des Gases aus dem Verdichtungsraum 2. Da der Gasstrom rotiert, wirkt eine Zentrifugalkraft auf das Gas, die es in Richtung auf die Wand des Zylinders 3 bewegt. Das Gas wird also radial in Richtung auf die Drucköffnungen 16 gefördert.
Wie insbesondere in 4 zu erkennen ist, sind die Druckventilelemente 17 jeweils in einer Ausnehmung 26 angeordnet, die sich radial nach außen und in Umfangsrichtung über das Druckventilelement 17 hin ausdehnt. Dies gibt günstige Strömungsverhältnisse. Wenn das Druckventilelement 17 öffnet, dann hat der Gasstrom einen größeren Strömungsquerschnitt zur Verfügung, also mehr Platz. Wie aus 1 zu erkennen ist, kann sich dabei die Ausnehmung 26 in radialer Richtung bis zur radial äußeren Grenze des Ringkanals 9 erstrecken.
Wie aus 4 zu erkennen ist, sind die Druckventilelemente 17 alle in die gleiche Richtung gerichtet. Wenn bei einem Kompressionshub des Kolbens 4 der Verdichtungsraum 2 verkleinert und Gas ausgestoßen wird, dann wird der Gasstrom durch die Druckventilelemente 17 in Umfangsrichtung umgelenkt. Mit anderen Worten wird das Gas durch die Druckventilelemente 17, die als zungenförmige Blattfedern ausgebildet sind, so geleitet, daß sich ein Gasstrom im Ringkanal 9 ergibt, der nur in eine Richtung umläuft. Der Gasstrom muß also maximal um 90° umgelenkt werden, bevor er durch den Druckanschluß 10 aus dem Ringkanal 9 austreten kann.
Hierbei ist es natürlich besonders zweckmäßig, wenn die Druckventilelemente 17 das Gas in die gleiche Richtung lenken, in die es ohnehin rotiert, wenn es von den Saugventilelementen 15 in Rotation versetzt worden ist. Die Rotationsbewegung des Gases setzt sich nämlich auch beim Kompressionshub des Kolbens 4 weiter fort. Dadurch bleibt die Bewegungsenergie des Gases zumindest teilweise erhalten und kann zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Verdichters benutzt werden. Das zentrische Einleiten des Gases in den Verdichtungsraum 2 war zusammen mit der Rotationsbewegung ursprünglich dazu gedacht worden, das Gas möglichst lange von der heißen Wand des Zylinders 3 fernzuhalten.
Wie aus 1 und 5 zu erkennen ist, weist die Basisplatte 6 einen umlaufenden Flansch 27 auf, mit dessen Hilfe der Zylinder 3 gegenüber der Basisplatte 6 positioniert werden kann. In 5 ist die Ventilplattenanordnung 5 vom Verdichtungsraum 2 aus gesehen dargestellt. Alle Elemente, die von der Druckventilplatte 12 abgedeckt sind, sind gestrichelt dargestellt.
Es ist zu erkennen, daß der Flansch in Umfangsrichtung verteilt vier Ausnehmungen 28–31 aufnimmt, von denen die Ausnehmung 31 in Umfangsrichtung deutlich kleiner ist als die übrigen Ausnehmungen 28–30. Sowohl die Druckventilplatte 11 als auch die Saugventilplatte 12 weisen entsprechende Vorsprünge 32–35 bzw. 36–39 auf, die radial vorstehen und in die Ausnehmungen 28–31 eingreifen können, so daß man die Druckventilplatte 11 und die Saugventilplatte 12 in einer vorbestimmten Winkellage gegenüber der Basisplatte 6 positionieren kann.
Wie insbesondere aus den 6 und 7 zu erkennen ist, ist der Druckanschluß 10 nierenförmig ausgebildet. Er ist von einem Vorsprung 40 umgeben, so daß hier ein Druckschalldämpfer eingesetzt und befestigt werden kann.
9 zeigt Beispiele für abgewandelte Saugventilplatten. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 3 versehen.
Bei der Ausgestaltung nach 9a ist das Saugventilelement 15 über einen einzelnen Haltearm 41 mit der Saugventilplatte 12 verbunden. Der Haltearm 41 umgibt das Saugventilelement im Schließzustand über einen Winkel von etwa 200°. Er ist dabei in Umfangsrichtung um das Saugventilelement 15 herumgeführt. Das Saugventilelement 15 ist in einem mittleren Abschnitt der Saugventilplatte 12 vorgesehen und deckt im Schließzustand, der nicht dargestellt ist, die Saugöffnung ab. Während der Öffnungsbewegung wird das Saugventilelement 15 parallel zur Ebene der Saugventilplatte 12 in den Verdichtungsraum hineinverschoben. Dabei ergibt sich ein ringförmiger Spalt 42, durch den das Gas treten kann. Damit wird der für den Saugeinlaß zur Verfügung stehende Bereich des Zylinders optimal ausgenutzt.
9b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform mit zwei Haltearmen 41a, 41b, die von einander gegenüberliegenden Seiten am Saugventilelement 15 angreifen. Dargestellt ist eine Ausführungsform, bei der die beiden Haltearme 41a, 41b in die gleiche Richtung aufgebogen werden, wenn sich das Saugventilelement 15 von der nicht näher dargestellten Saugöffnung abhebt. Es ist aber auch möglich, daß die beiden Haltearme 41a, 41b in unterschiedliche Richtungen kippen. In diesem Fall würde sich das Saugventilelement 15 beim Öffnen etwas drehen, genau wie bei der Ausgestaltung nach 9a.
9c zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der das Saugventilelement 15 über drei Haltearme 41a, 41b, 41c mit der Saugventilplatte verbunden ist. Auch hier ergibt sich jeweils ein Spalt 42, wenn das Saugventilelement 15 aus der Ebene der Saugventilplatte 12 herausbewegt wird.
Da die Haltearme 41, 41a, 41b, 41c sozusagen mit ihrer Schmalseite dem Gasstrom ausgesetzt sind, setzen sie diesem Gasstrom praktisch keinen nennenswerten Widerstand entgegen.
In allen drei Ausführungsformen ergibt sich ein Saugventil, das eine im wesentlichen gleichmäßige Einströmung des Sauggases über den gesamten Umfang ermöglicht. Im Vergleich zu einseitig öffnenden Ventilen ergeben sich somit günstigere Strömungsverhältnisse und eine rasche und gleichförmige Füllung des Zylinders.
Bei der Ausgestaltung nach 9c überlappen sich die Haltearme 41a, 41b, 41c in Umfangsrichtung etwas. Dies hat den vorteilhaften Effekt, daß man die Haltearme 41a, 41b, 41c in Umfangsrichtung relativ lang machen kann. Längere Haltearme 41a, 41b, 41c lassen sich leichter verformen und erlauben einen größeren Öffnungshub des Saugventilelements 15.

Claims

Kolbenverdichter, insbesondere hermetischer Kältemittelverdichter, mit einem Verdichtungsraum, der durch einen Zylinder, einen Kolben und eine Ventilplattenanordnung begrenzt ist, die eine Saugventilanordnung und eine Druckventilanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventilanordnung (14, 15) in einem zentralen Bereich des Zylinders (3) in den Verdichtungsraum (2) mündet und die Druckventilanordnung (16, 17) eine Mehrzahl von Drucköffnungen (16) aufweist, die in einem Ringbereich angeordnet sind, der die Saugventilanordnung (14, 15) umgibt.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventilanordnung (14, 15) eine Dralleinrichtung aufweist, die einer Sauggasströmung eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung des Zylinders (3) vermittelt.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventilanordnung (14, 15) mehrere Saugöffnungen (14) aufweist, von denen jede durch ein eigenes Saugventilelement (15) abgedeckt ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Saugventilelemente (15) in Umfangsrichtung öffnen.
Kolbenverdichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich jedes Saugventilelement (15) zu einem Bereich hin öffnet, in dem ein benachbartes Saugventilelement (15) mit seinem Rücken angeordnet ist.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventilelemente (15) einander zumindest teilweise umgreifen.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil ein Saugventilelement (15) aufweist, das sich während einer Öffnungsbewegung parallel zur Ebene der Saugventilplatte (12) in den Verdichtungsraum hinein verlagert.
Kolbenverdichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventilelement (15) zentrisch an der Saugventilplatte (12) angeordnet ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventilelement (15) durch mindestens einen Haltearm (41; 41a, 41b, 41c) mit der Saugventilplatte (12) verbunden ist, der das Saugventilelement (15) im Schließzustand in Umfangsrichtung zumindest teilweise umgibt.
Kolbenverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltearm (41; 41a, 41b, 41c) das Saugventilelement (15) über mindestens 180° umgibt.
Kolbenverdichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Haltearme (41a, 41b, 41c) vorgesehen sind, die sich in Umfangsrichtung teilweise überlappen.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucköffnungen (16) in einen Ringkanal (9) münden.
Kolbenverdichter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucköffnungen (16) jeweils von einem Druckventilelement (17) abgedeckt sind, das in Umfangsrichtung öffnet.
Kolbenverdichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Druckventilelement (17) und das Saugventilelement (15) in die gleiche Umfangsrichtung öffnen.
Kolbenverdichter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß alle Druckventilelemente (17) in die gleiche Umfangsrichtung öffnen.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckventilele mente (17) als federnde Zungen ausgebildet sind, die von einer Druckventilplatte (11) ausgehen, wobei jede Zunge in einer Ausnehmung (26) angeordnet ist, die sich in radialer und/oder Umfangsrichtung über die Zunge hinaus erweitert.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (9) die Stirnseite des Zylinders (3) übergreift und die Drucköffnungen (16) der Umfangswand des Zylinders (3) eng benachbart angeordnet sind.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplattenanordnung (5) eine Basisplatte (6), eine Saugventilplatte (12) und eine Druckventilplatte (11) aufweist, wobei die Saugventilplatte (12) und die Druckventilplatte (11) auf der dem Zylinder (3) zugewandten Seite der Basisplatte (6) angeordnet sind und die Druckventilplatte (11) mindestens einen Ventilsitz für die Saugventilanordnung (14, 15) und die Saugventilplatte (12) mindestens einen Ventilsitz für die Druckventilanordnung (16, 17) bildet.
Kolbenverdichter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventilplatte (12), die Druckventilplatte (11) und die Basisplatte (6) durch mindestens eine umlaufende, gasdichte Ringnaht (13) miteinander verbunden sind, die die Saugventilplatte (12) und die Druckventilplatte (11) durchsetzt und die Saugventilanordnung (14, 15) von der Druckventilanordnung (16, 17) trennt.
Kolbenverdichter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnaht (13) einen in den Verdichtungsraum vorstehenden Wulst (23) bildet und der Kolben (4) im Bereich des Wulstes (23) eine Ausnehmung (24) in seiner Stirnseite aufweist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zweite Ringnaht (18) vorgesehen ist, die radial außerhalb der Drucköffnungen (16) verläuft.
Kolbenverdichter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ringnaht (18) im Bereich einer Dichtung (20) angeordnet ist, die zwischen der Stirnseite des Zylinders (3) und der Ventilplattenanordnung (19) angeordnet ist.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (6) einen umlaufenden Flansch (27) aufweist, der sich in Axialrichtung erstreckt und eine Ausnehmung bildet, in die der Zylinder (3) mit einer Stirnseite eingesetzt ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (27) in Umfangsrichtung mindestens eine Unterbrechung (28–31) aufweist, in die ein radialer Vorsprung (32–35; 36–39) eingreift, der an der Saugventilplatte (12) und/oder der Druckventilplatte (11) ausgebildet ist.