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Die
Erfindung betrifft eine Zylinderkopfanordnung für einen Kolbenverdichter, mit
einem Zylinderblock, in dem ein Verdichtungsraum ausgebildet ist, der
an einer Seite durch eine Ventilplatte begrenzt ist, die zwischen
dem Zylinderblock und einem Zylinderkopfdeckel eingespannt ist.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE 199 15 918 C2 ist ein Verdichter bekannt,
bei dem die Endflächen
des Zylinderkopfs, die Ober- und Unterseite der Ventilplatte, sowie
die Dichtfläche
des Zylinderkopfdeckels plan ausgebildet sind. Die einzelnen Bauteile
sind unter Zwischenlage von Flachdichtungen mit Hilfe von Schraubenbolzen
zusammengespannt. Bei dem bekannten Verdichter handelt es sich zum
Beispiel um einen Kältemittelverdichter.
Bei Kältemittelverdichtern
können
im Betrieb Bedingungen auftreten, in denen der ausgangsseitige Druck unter
dem Zylinderkopfdeckel stark ansteigt. Das kann beispielsweise durch
Verengungen oder sogar Blockieren von Rohrleitungen oder auch durch
eine verringerte Wärmeabfuhr
an einem Kondensator einer zugehörigen
Kälteanlage
verursacht werden. Um in solchen Fällen Undichtigkeiten oder eine
Zerstörung
der Dichtungen zu vermeiden, müssen
die Bauteile durch hohe Spannkräfte
zusammengehalten werden. Das stellt einerseits große Anforderungen an
den Montageprozess und die Materialeigenschaften der Bolzen.
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Andererseits
können
Formfehler für
den Zylinder auftreten, da die Bolzen in unmittelbarer Nähe zum Zylinder
in den Zylinderkopf eingeschraubt werden. Das erhöht das Risiko
von Leckagen durch den Kolben-Zylinder-Spalt, was wiederum den Wirkungsgrad
des Verdichters herabsetzt.
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Da
die Spannbolzen in den Ecken des meist rechteckigen Zylinderkopfs
angeordnet sind, kann bei erhöhtem
Druck im Verdichtungsraum ein Durchbiegen eines Mittenbereichs der
Ventilplatte vom Verdichtungsraum weg auftreten. Dadurch werden
die Dichtfläche
und die Flächenpressung
vermindert, was zum Versagen der Dichtung führen kann. Um dieses Problem
zu verhindern, kann die Dichtungsfläche des Zylinderkopfdeckels
leicht konvex hergestellt werden, so dass der zentrale Bereich der
Dichtungsfläche
des Deckels stärker
gegen die Ventilplatte drückt.
Eine durch diese Vorspannung verursachte Auslenkung der Ventilplatte
in Richtung Zylinder kann durch eine etwas dickere Dichtung zwischen Ventilplatte
und Zylinderblock kompensiert werden. Allerdings wird dabei gleichzeitig
der Totraum des Verdichters geringfügig erhöht. Darüber hinaus ist die Herstellung
eines Deckels mit konvexer Dichtungsfläche aufwendig.
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Es
ist möglich,
die konvexe Dichtungsfläche eines
derartigen Zylinderkopfdeckels mit einem umlaufenden Wulst zu versehen,
um die Flächenpressung
in der ersten Dichtung zu erhöhen
und eventuelle Herstellungstoleranzen auszugleichen. Dabei sind
je doch weiterhin hohe Spannkräfte
der Montagebolzen erforderlich, um eine ausreichende Abdichtung
durch die zweite Dichtung zwischen Zylinderblock und Ventilplatte
zu gewährleisten.
Zylinderkopfdeckel für
Kältemittelverdichter
werden in der Regel als Aluminiumdruckgussteile hergestellt. Ein
Wulst in einem solchen Bauteil kann bei der Handhabung in der Montage
jedoch leicht beschädigt
werden, da das Material relativ weich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfanordnung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine hohe Dichtigkeit aufweist
und kostengünstig
herstellbar ist.
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Die
Aufgabe ist bei einer Zylinderkopfanordnung für einen Kolbenverdichter, mit
einem Zylinderblock, in dem ein Verdichtungsraum ausgebildet ist, der
an einer Seite durch eine Ventilplatte begrenzt ist, die zwischen
dem Zylinderblock und einem Zylinderkopfdeckel eingespannt ist,
dadurch gelöst,
dass die Ventilplatte auf mindestens einer Seite mindestens einen
aus der zugehörigen
Ventilplattenoberfläche erhabenen
Wulst aufweist. Durch den Wulst wird die Flächenpressung an der Ventilplatte
deutlich erhöht. Dadurch
kann auch bei hohem Druck mit relativ geringen Einspannkräften eine
sichere Abdichtung gewährleistet
werden. Darüber
hinaus kann eine aufwendige Schleifbearbeitung der zugehörigen Ventilplattenoberfläche entfallen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst
entlang einer geschlossenen Linie verläuft. Der Wulst muss unter Umständen nicht
vollständig
geschlossen sein. Seine Wirkung könnte er auch dann entfalten,
wenn kleine Unterbrechungen darin vorgesehen sind. Allerdings kann
es vorteilhaft sein, dass der Wulst völlig geschlossen ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte
auf beiden Seiten einen aus der zugehörigen Ventilplattenoberfläche erhabenen
Wulst aufweist, der entlang einer insbesondere geschlossenen Linie
verläuft.
Das liefert unter anderem den Vorteil, dass eine erhöhte Flächenpressung
in beiden Dichtungen erzeugt wird. Außerdem können dann Zylinderkopfdeckel
mit ebener Dichtfläche
verwendet werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte
als Sinterteil ausgeführt
ist. Die Herstellung durch Sintern liefert den Vorteil, dass die
Formgebung der Ventilplatte mit dem Wulst oder den Wülsten schon
beim Pressen des Ventilplattenrohlings relativ einfach erfolgt und
eine nachfolgende Schleifbearbeitung der Ventilplatte entfallen
kann. Die Ventilplatte ist vorzugsweise aus Sintermetall gebildet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilplatte
auf mindestens einer Seite, insbesondere auf beiden Seiten, mindestens einen,
insbesondere mehrere Abstandshalter aufweist. Die Abstandshalter
dienen dazu, ein Zusammenbacken der gepressten Ventilplattenrohlinge
im Sinterprozess, bei dem mehrere Platten übereinander gestapelt sind,
zu vermeiden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der beziehungsweise
die Abstandshalter etwas mehr erhaben aus der zugehörigen Ventilplattenoberfläche als
der jeweilige Wulst sind. Durch eine geringfügig größere Höhe der Abstandshalter im Vergleich
zu den Wulsten wird ein unerwünschtes
Zusammenbacken der Ventilplatten beim Sintern sicher verhindert.
Falls die Abstandshalter im Bereich von Dichtungen oder Wulsten
liegen, ist es vorteilhaft, in dem Wulst beziehungsweise der Dichtung
Ausnehmungen zur Aufnahme der Abstandshalter vorzusehen. Alternativ
können
die Abstandshalter im Bereich der Wulste oder Dichtungen auch nach dem
Sintern zusammengepresst werden, so dass ihre Höhe geringer ist als die Wulsthöhe.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der
Ventilplatte mehrere Durchgangslöcher
ausgespart sind. Die Durchgangslöcher haben
unterschiedliche Funktionen und dienen zum Beispiel zum Durchführen eines
Mediums in den Verdichterraum hinein und aus dem Verdichterraum
heraus. Des Weiteren können
die Durchgangslöcher zum
Durchführen
von Positionier- oder Befestigungselementen dienen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass in die
Ventilplatte ein Ventilsitz eines Saugventils und ein Ventilsitz
eines Druckventils eingeprägt
sind. Vorzugsweise sind sowohl das Saugventil als auch das Druckventil
an der Ventilplatte angebracht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
der Ventilplatte und dem Zylinderblock sowie zwischen der Ventilplatte
und dem Zylinderkopfdeckel jeweils eine Dichtung angeordnet ist.
Durch die Kombination von Wulst und Dichtung kann mit geringem Bearbeitungsaufwand
eine hohe Dichtigkeit gewährleistet
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung
des Wulstes senkrecht zu der zugehörigen Ventilplattenoberfläche geringer
als die Dicke der zugehörigen
Dichtung ist. Dadurch wird ein unerwünschtes Durchschneiden der Dichtung
verhindert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung
des Wulstes senkrecht zu der zugehörigen Ventilplattenoberfläche 5 bis
75 Prozent, insbesondere 25 bis 50 Prozent, der Dicke der zugehörigen Dichtung
beträgt.
Diese Werte haben sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als
besonders vorteilhaft erwiesen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst
auf der dem Zylinderblock zugewandten Ventilplattenoberfläche eine
Projektion der Öffnung
des Verdichtungsraums auf diese Ventilplattenoberfläche umgibt.
Dadurch wird ein unerwünschtes
Entweichen von Medium zwischen der Ventilplatte und dem Zylinderblock
aus dem Verdichtungsraum heraus verhindert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst
auf der dem Zylinderblock zugewandten Ventilplattenoberfläche mindestens eine
Saugöffnung
und mindestens eine Drucköffnung umgibt.
Die Öffnungen
gehören
zu Durchgangslöchern,
die den Durchtritt von Medium in den Verdichtungsraum hinein und
aus dem Verdichtungsraum heraus ermöglichen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Zylinderkopfanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst
auf der dem Zylinderkopfdeckel zugewandten Ventilplattenoberfläche eine
Projektion der Öffnung
eines Druckraums auf diese Ventilplattenoberfläche umgibt. Dadurch wird ein
unerwünschtes Entweichen
von Medium zwischen der Ventilplatte und dem Zylinderkopfdeckel
aus dem Druckraum heraus verhindert.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
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1 eine
Zylinderkopfanordnung mit einer Ventilplatte im Querschnitt;
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2 die
Ventilplatte aus 1 in der Draufsicht;
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3 die
Ventilplatte aus 1 in der Untersicht;
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4 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 eine
vergrößerte Darstellung
eines Ausschnitts V aus 4 und die Figuren verschiedene
Ausführungsformen
der Wulste 6 bis 9 im Querschnitt.
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In 1 ist
ein Zylinderkopf 1 eines Kolbenverdichters einer Kältemaschine
im Querschnitt dargestellt. Der Zylinderkopf 1 ist mit
Hilfe von (nicht dargestellten) Schraubenbolzen an einem Zylinderblock 2 befestigt.
Der Zylinderblock 2 weist eine Zylinderbohrung 3 auf,
die auch als Verdichtungs raum bezeichnet wird. Die Zylinderbohrung
dient in bekannter Art und Weise zur Aufnahme eines (nicht dargestellten)
Kolbens des Kolbenverdichters.
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Der
Zylinderkopf 1 umfasst einen Zylinderkopfdeckel 5 und
eine Ventilplatte 6. Zwischen dem Zylinderkopfdeckel 5 und
der Ventilplatte 6 ist eine erste Dichtung 8 angeordnet.
Zwischen der Ventilplatte 6 und dem Zylinderblock 2 ist
eine zweite Dichtung 9 angeordnet. In dem Zylinderkopfdeckel 5 ist ein
Druckraum 10 ausgebildet, der über mindestens ein Durchgangsloch
in der Ventilplatte 6 mit dem Verdichtungsraum 3 in
dem Zylinderblock 2 in Verbindung steht.
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In
den 2 und 3 ist die Ventilplatte 6 aus 1 in
der Draufsicht und in der Untersicht dargestellt. Die Ventilplatte 6 umfasst
einen quaderförmigen
Grundkörper 20 aus
Sintermetall. Der Grundkörper 20 hat
eine quadratische Grundfläche,
die an den Ecken abgerundet ist. Die in 2 sichtbare
und dem Verdichtungsraum 3 zugewandte Ventilplattenunterseite
ist mit 21 bezeichnet. Die in 3 sichtbare
und dem Verdichtungsraum 3 abgewandte Ventilplattenoberseite
ist mit 22 bezeichnet. In den Eckbereichen der Ventilplatte 6 sind
vier Durchgangslöcher 24 bis 27 ausgespart,
die zum Durchführen
von Befestigungsbolzen dienen.
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In 2 ist
durch einen gestrichelten Kreis 30 eine Projektion der
Zylinderbohrung (3 in 1) auf die
Ventilplattenunterseite 21 angedeutet. Auf grund der kreisförmigen Gestalt
der Projektion 30 wird diese auch als Kreis bezeichnet.
Innerhalb des Kreises 30 sind ein Saugdurchgangsloch 31 und
ein Druckdurchgangsloch 32 ausgespart. Die beiden Durchgangslöcher 31 und 32 ermöglichen
den Durchtritt von Kältemittel,
das in den Verdichtungsraum (3 in 1) eingesaugt
und verdichtet wird.
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Das
Saugdurchgangsloch 31 ist in bekannter Art und Weise durch
ein Saugventil verschließbar, das
beim Ansaugen von Kältemittel
in den Verdichtungsraum öffnet.
In ebenfalls bekannter Art und Weise ist das Druckdurchgangsloch 32 durch
ein Druckventil verschließbar,
das nach einem Arbeitshub des (nicht dargestellten) Kolbens des
Kolbenverdichters den Verdichtungsraum (3 in 1)
mit dem Druckraum (10 in 1) verbindet.
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Radial
außerhalb
des Kreises 30 sind zwischen den beiden Durchgangslöchern 24 und 27 zwei
weitere Durchgangslöcher 34 und 35 ausgespart.
Die beiden Durchgangslöcher 34 und 35 dienen
zur Aufnahme von Befestigungsstiften des Saugventils. Das Saugdurchgangsloch 31,
das Druckdurchgangsloch 32 und die beiden Durchgangslöcher 34 und 35 sind
von einem geschlossenen Wulst 40 umgeben.
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Der
Wulst 40 ist aus der Ventilplattenunterseite 21 erhaben
und hat im Wesentlichen die Gestalt eines Kreisbogens 41,
der den Kreis 30 umgibt. Im Bereich der beiden Durchgangslöcher 34 und 35 erweitert
sich der Wulst 50 radial nach außen, so dass die beiden Durchgangslöcher 34 und 35 auch
von dem Wulst 40 umgeben sind. Im Bereich der beiden Durchgangslöcher 34 und 35 hat
der Wulst 40 im Wesentlichen die Gestalt eines Langlochs 42.
Das Langloch 42 setzt sich aus zwei Kreisbögen zusammen, die
an einem Ende jeweils mit einem Ende des Kreisbogens 41 verbunden
sind, und an dem anderen Ende durch eine Gerade miteinander verbunden sind.
Der Wulst 40 hat im Querschnitt zum Beispiel die Gestalt
eines Kreissegments. Der Wulst 40 kann aber auch einen
im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit einer abgerundeten Spitze
oder einen trapezförmigen
Querschnitt aufweisen.
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Außerhalb
des Wulstes 40 sind in der Ventilplatte sechs weitere Durchgangslöcher 44 bis 49 ausgespart.
Die Durchgangslöcher 44 und 45 ermöglichen
den Durchtritt von verdichtetem Kältemittel aus dem Druckraum 10 und
sind daher ebenfalls mit geschlossenen Wulsten 51, 52 umgeben.
Die Durchgangslöcher 46 und 47 dienen
zur Befestigung des Druckventils. Die Durchgangslöcher 48 und 49 dienen
zur Aufnahme von Positionierstiften für eine Ansaugvorrichtung.
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Darüber hinaus
sieht man in 2, dass das Durchgangsloch 44 von
einem kreisrunden Wulst 51 umgeben ist. Ebenso sind die
Durchgangslöcher 45 und 46 von
einem gemeinsamen Wulst 52 umgeben. Des Weiteren ist das
Durchgangsloch 47 von einem kreisrunden Wulst 53 umgeben.
Außerdem
ragen aus der Ventilplattenunterseite 21 mehrere Abstandshalter 61 bis 66 heraus,
die sich aus der Zeichenebene senkrecht nach oben erstrecken. Die
Abstandshalter 62, 63, 65 und 66 sind
jeweils in der Nähe
eines der Durchgangslöcher 27, 26, 25, 24 angeordnet.
Die beiden Abstandshalter 61 und 64 sind etwa
in der Mitte der Ventilplatte 6 angeordnet. Die Höhe der Abstandshalter 61 bis 66 ist
etwas größer als
die Höhe
der Wulste 40, 51 bis 53. Dadurch wird beim
Herstellen der Ventilplatten ein Zusammenbacken von mehreren Ventilplattenrohlingen
im Sinterprozess verhindert.
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In 3 sieht
man, dass auf der Ventilplattenoberseite 22 ein geschlossener
Wulst 50 vorgesehen ist. Innerhalb des Wulstes 50,
der den gleichen Querschnitt wie der Wulst 40 in 1 aufweist, sind
die Durchgangslöcher 32, 34, 35, 44, 45, 46 und 47 angeordnet.
Es können
jedoch auch unterschiedliche Querschnitte und Höhen für die verschiedenen Wulste
der Ventilplatte verwendet werden. Außerhalb des Wulstes 50 sind
die Durchgangslöcher 24 bis 27, 48, 49 und 31 angeordnet.
Der Wulst 50 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei im
Bereich der Durchgangslöcher 24 bis 27 kreisbogenförmige Einbuchtungen
ausgebildet sind.
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Durch
die Ausbildung der Wülste 40 und 50 an
der Ventilplatte 6 wird eine erhöhte Flächenpressung in der entsprechenden
Dichtfläche
erzeugt. Durch die erhöhte
Flächenpressung
im Kontaktbereich zwischen Wulst 40, 50 und Dichtung 9, 8 wird eine
sichere Abdichtung auch bei hohen Drücken erreicht. Gleichzeitig
können
die zur sicheren Befestigung des Zy linderkopfs 5 und der
Ventilplatte 6 an dem Zylinderblock 2 notwendigen
Spannkräfte
der Befestigungsbolzen vermindert werden. Zudem vereinfacht sich
die Herstellung der Ventilplatte, da ein Planschleifen der Ventilplatte
entfällt.
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Die
Ventilplatte wird vorzugsweise aus Sintermetall durch Sintern hergestellt,
wobei lediglich Ventilsitze für
das Saug- und das Druckventil eingeprägt werden müssen. Die Wülste 40, 50 stellen
in jedem Fall sicher, dass trotz Herstellungstoleranzen ein allseitiger
und ausreichender Dichtungsdruck aufrecht erhalten bleibt. Darüber hinaus
können,
wie bereits erwähnt,
die zur Befestigung der Ventilplatte 6 erforderlichen Spannkräfte reduziert
werden, das heißt
die dazu verwendeten Befestigungsbolzen müssen nicht so stark angezogen
werden. Dadurch verringern sich die Formfehler des Zylinders und
auftretende Leckagen durch den Zylinder-Kolben-Spalt, was sich positiv auf den Wirkungsgrad
des Verdichters auswirkt.
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Gemäß einem
weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die Höhe des Wulstes,
das heißt
die Ausdehnung des Wulstes 40, 50 geringer als
die Dicke der zugehörigen
Dichtung 9, 8. Dadurch wird ein unerwünschtes
Durchschneiden der Dichtung durch den Wulst vermieden. Vorzugsweise
beträgt
die Höhe
des Wulstes 5 bis 75 Prozent der Dichtungsdicke,
besonders bevorzugt 25 bis 50 Prozent der Dichtungsdicke.
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Des
Weiteren sieht man in 3, dass auch auf der Ventilplattenoberseite 22 mehrere
Abstandshalter 71 bis 75 vorgesehen sind. Die
Abstandshalter 71, 72 und 74, 75 sind
innerhalb des Wulstes 50 angeordnet. Der Abstandshalter 73 ist
außerhalb
des Wulstes 50 angeordnet. Die Höhe der Abstandshalter 71 bis 75 ist
geringfügig
größer als
die Höhe
des Wulstes 50.
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In 4 ist
die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie IV-IV in 3 dargestellt.
In der Schnittansicht ist verdeutlicht, dass die Abstandshalter 64 bis 66 und 71 bis 73 weiter
aus der zugehörigen
Ventilplattenoberfläche
herausragen als die Wulste, die in der Schnittansicht nicht näher bezeichnet
sind.
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In 5 ist
ein Ausschnitt V aus 4 vergrößert dargestellt. In der Vergrößerung sieht
man, dass der Wulst 40 im Querschnitt die Gestalt eines Kreissegments
aufweist.
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In 6 ist
angedeutet, dass die Wulste 40 (51 bis 53 in 2 und 50 in 3)
im Querschnitt auch die Gestalt eines Rechtecks 81 mit
abgerundeten Ecken aufweisen können.
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In 7 ist
angedeutet, dass die Wulste im Querschnitt auch die Gestalt eines
Ellipsenabschnitts 82 aufweisen können.
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In 8 ist
angedeutet, dass die Wulste im Querschnitt auch die Gestalt eines
gleichschenkligen Trapezes 83 aufweisen können.
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In 9 ist
angedeutet, dass die Wulste im Querschnitt auch die Gestalt eines
Dreiecks 84 aufweisen können.