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Die
Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, insbesondere einen Kältemittelverdichter
mit einem Verdichtungsraum in einem Kompressorblock, der durch einen
Zylinderkopf begrenzt ist, wobei der Zylinderkopf eine Ventilplattenanordnung
mit mindestens einem Saugventil und mindestens einem Druckventil
sowie einen Ventildeckel aufweist.
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Ein
derartiger Kolbenverdichter ist beispielsweise aus
DE 10 2004 047 159 B4 bekannt.
Die Ventilplattenanordnung weist eine Druckventilplatte und eine
Saugventilplatte auf. Die Druckventilplatte und die Saugventilplatte
sind miteinander und mit dem Ventildeckel verschweißt.
Die Druckventilplatte weist mehrere Druckventilelemente auf, die
Bestandteile der Druckventilplatte sind. In ähnlicher Weise
weist die Saugventilplatte mehrere Saugventilelemente auf, die Bestandteil
der Saugventilplatte sind.
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DE 103 30 760 B4 zeigt
einen weiteren Kolbenverdichter, bei dem in der Ventilplattenanordnung zusätzlich
zu der Druckventilplatte und der Saugventilplatte eine Verstärkungsplatte
vorgesehen ist.
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Kolbenverdichter,
die zur Verdichtung von Kältemitteln verwendet werden,
also beispielsweise hermetische oder semi-hermetische Kältemittelverdichter,
werden in großen Stückzahlen hergestellt. Dementsprechend
besteht ein Interesse daran, die Herstellungskosten niedrig zu halten.
In der Regel sind aber niedrige Herstellungskosten mit dem Risiko verbunden,
dass sich die Gebrauchseigenschaften des Verdichters verschlechtern.
Insbesondere besteht die Gefahr, dass der Wirkungsgrad sinkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, niedrige Herstellungskosten
bei einem guten Wirkungsgrad zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Kolbenverdichter der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, dass die Ventilplattenanordnung gebildet
ist durch eine Trägerplatte, die das Saugventil und das
Druckventil aufweist und durch mindestens eine gasdichte Verbindungsnaht
mit dem Ventildeckel verbunden ist, wobei die Verbindungsnaht einen
Saugbereich und einen Druckbereich voneinander trennt und zumindest
den Druckbereich nach außen abdichtet.
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Mit
dieser Ausgestaltung kommt man mit einer einzelnen Platte aus, nämlich
der Trägerplatte. Zusätzliche Plat ten werden eingespart,
wodurch man die Herstellungskosten senken kann. Dies ergibt sich zum
Einen durch einen geringeren Materialverbrauch und zum Anderen dadurch,
dass man nur eine Trägerplatte beim Zusammensetzen des
Zylinderkopfes handhaben muss. Darüber hinaus kann man
die Trägerplatte relativ dünn ausgestalten, also
eine Trägerplatte verwenden, die in sich nicht formstabil
ist. Die Stabilität der Ventilplattenanordnung ergibt sich
vielmehr erst dadurch, dass man die Trägerplatte mit dem
mechanisch ausreichend stabilen Ventildeckel verbindet. Diese Verbindung
hat aber nicht nur die Aufgabe, eine mechanische Verstärkung
für die Trägerplatte sicherzustellen. Sie hat
auch die zusätzliche Aufgabe, eine gasdichte Trennung zwischen dem
Saugbereich und dem Druckbereich einerseits und zwischen dem Druckbereich
und der Umgebung andererseits sicherzustellen. Die Verbindungsnaht kann
beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben
hergestellt werden. Dadurch wird eine Dichtung zwischen der Trägerplatte
und dem Ventildeckel eingespart, was zusätzlich zu einer
Kostensenkung beiträgt. Da die Trägerplatte sehr
dünn ausgeführt werden kann, ergibt sich ein relativ
geringer Schadraum, was insbesondere bei Tieftemperaturverdichtern
von Bedeutung ist. Die geringe Dicke der Trägerplatte ergibt
auch geringe Druckverluste bei der Strömung des Kältemittel-Gases
durch das Saug- und das Druckventil. Darüber hinaus kann
man auf ein Bearbeiten der Oberflächen der Trägerplatte
zumindest in großen Bereichen verzichten.
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Vorzugsweise
weist das Saugventil ein Saugventilelement auf, das auf einer Seite
der Trägerplatte angeordnet ist, und das Druckventil weist ein
Druckventilelement auf, das auf der anderen Seite der Trägerplatte
angeordnet ist. Die Verwendung von der Trägerplatte getrennten
Saug- und Ventilelementen hat den Vorteil, dass man diese Ventilelemente
unabhängig von der Trägerplatte bearbeiten kann.
Insbesondere kann man bei den Ventilelementen leichter eine Kantenrundung
vornehmen, was zu einer hohen Lebensdauer beiträgt. Dies
ist möglich, weil die Ventilelemente vor dem Zusammenbau
der Ventilanordnung von allen Seiten zugänglich sind. Die
Ventilelemente erfordern keine zusätzliche Platte, die
dann vom zu komprimierenden Gas durchströmt werden müsste.
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Vorzugsweise
ist das Saugventilelement und/oder das Druckventilelement mit der
Trägerplatte verschweißt oder vernietet. Dementsprechend
kann man die Trägerplatte mit Ventilelement oder Ventilelementen
gemeinsam handhaben und bis zur Herstellung des Zylinderkopfes verwenden.
Das Befestigen der Ventilelemente an der Trägerplatte kann
automatisiert erfolgen.
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Vorzugsweise
sind das Saugventilelement und das Druckventilelement jeweils als
Lamellen ausgebildet. Diese Lamellen werden einseitig, d. h. mit
einem Ende, an der Trägerplatte befestigt und können
mit dem anderen Ende von der Trägerplatte abgehoben werden,
um eine Saug- oder Drucköffnung freizugeben. Da nur das
Saugventilelement und das Druckventilelement aus relativ teurem
Ventilmaterial, beispielsweise Lamellenventilstahl, gebildet sein
müssen, ergeben sich geringe Materialkosten.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Zylinderkopf und dem Kompressorblock eine Dichtung
angeordnet. Die Dichtung stellt eine Dichtigkeit zwischen dem Zylinderkopf
und dem Kompressorblock her. Zumindest in dem Bereich, wo die Dichtung
angeordnet ist, ist eine aufwändige Bearbeitung oder ein
Schleifen der Oberfläche der Trägerplatte nicht
erforderlich. Die Trägerplatte kann dort noch eine gewisse
Rauigkeit aufweisen, weil an ihr die Dichtung anliegt. Auf der dem
Ventildeckel benachbarten Seite kann die Trägerplatte ebenfalls
eine gewisse Rauigkeit aufweisen, weil hier die Dichtigkeit durch
die Verbindungsnaht oder die Verbindungsnähte hergestellt wird.
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Vorzugsweise
wirkt die Dichtung mit einer Rückstellkraft auf das Saugventilelement.
Die Dichtung übernimmt also nicht nur die Aufgabe der Abdichtung
des Verdichtungsraums nach außen, sondern auch die Aufgabe,
das Saugventilelement nach Beendigung des Saughubs wieder schnell
zurückzustellen und damit das Saugventil zu schließen.
Ein zusätzliches Federbauteil wird damit entbehrlich.
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Vorzugsweise
liegt die Dichtung flächig an einem Dichtbereich der Trägerplatte
an und weist eine Vertiefung für das Saugventilelement
auf. Solange das Saugventil geschlossen ist, wird damit keine Verformung
oder nur eine geringe Verformung der Dichtung bewirkt. Erst wenn
das Saugventilelement von der Trägerplatte abgehoben wird, übt
die Dichtung ihre Rückstellkraft auf das Saugventilelement
aus.
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Vorzugsweise
weist der Ventildeckel mindestens eine Wand auf, die einen Sauggaskanal
von einem Druckgaskanal trennt, wobei die Verbindungsnaht auf einer
dem Verdichtungsraum zugewandten Seite der Wand verläuft.
Damit kann die Wand relativ dünn gehalten werden, so dass
große Strömungsquerschnitte für Sauggas
und Druckgas im Ventildeckel zur Verfügung stehen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
schematisierte Schnittansicht eines Kältemittelverdichters,
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2 drei
Hauptelemente eines Zylinderkopfes in perspektivischer Explosionsdarstellung,
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3 die
drei Elemente aus einem anderen Blickwinkel,
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4 eine
Einheit aus Ventilplattenanordnung und Ventildeckel und
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5 die
Einheit aus 4 mit Dichtung.
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1 zeigt
schematisch einen Kältemittelverdichter 1 mit
einem Verdichtungsraum 2, der in einem Zylinder 3 ausgebildet
ist. Der Zylinder 3 ist in einem Kompressorblock 4 angeordnet.
Das Volumen des Verdichtungsraums 2 ist durch einen Kolben 5 veränderbar,
der über eine Pleuelstange 6 von einem nicht näher
dargestellten Antrieb in einer hin- und hergehenden Bewegung angetrieben
wird.
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Im
Zylinderblock 4 ist ein Saugkanal 7 angeordnet, über
den Kältemittelgas in den Verdichtungsraum 2 angesaugt
werden kann. Ein Druckkanal 8 ist zum Teil durch den Kompressorblock 4 geführt
und führt komprimiertes Kältemittelgas zu einem
Druckgassammler 9.
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Der
Verdichtungsraum 2 ist an der Stirnseite des Zylinders 3 durch
einen Zylinderkopf 10 verschlossen. Zwischen dem Zylinderkopf 10 und
dem Kompressorblock 4 ist eine Dichtung 11 angeordnet. Der
Zylinderkopf 10 wird im Folgenden anhand der 2 bis 5 näher
erläutert.
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Der
Zylinderkopf 10 weist einen Ventildeckel 12 auf,
in dem ein Sauggaskanal 13 und zwei Druckgaskanäle 14, 15 angeordnet
sind. Der Sauggaskanal 13 des Ventildeckels 12 steht
mit dem Saugkanal 7 des Kompressorblocks 4 in
Verbindung. Die Druckgaskanäle 14, 15 stehen
mit dem Druckkanal 8 (es können auch mehrere Druckkanäle 8 im
Kompressorblock 4 ausgebildet sein) im Kompressorblock 4 in Verbindung.
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Mit
dem Ventildeckel 12 ist eine Ventilplattenanordnung 16 verbunden,
die relativ einfach ausgebildet ist. Die Ventilplattenanordnung
weist nur eine einzige Platte auf, nämlich eine Trägerplatte 17.
An der Trägerplatte 17 sind auf der dem Ventildeckel 12 zugewandten
Seite zwei Druckventilelemente 18, 19 angeordnet
und durch Nieten oder Schweißpunkte 20 mit der
Trägerplatte 17 verbunden. Die beiden Druckventilelemente 18, 19 decken
Drucköffnungen 21, 22 in der Trägerplatte 17 ab.
Die Drucköffnungen 21, 22 stehen in Überdeckungen
mit den Druckgaskanälen 14, 15 im Ventildeckel.
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Auf
der der Dichtung 11 zugewandten Seite weist die Trägerplatte 2 Saugventilelemente 23, 24 auf,
die ebenfalls durch Nieten oder Schweißpunkte 25 mit
der Trägerplatte 17 verbunden sind. Die Saugventilelemente 23, 24 decken
Saugöffnungen 26, 27 in der Trägerplatte 17 ab.
Die Saugöffnungen 26, 27 stehen in Überdeckung
mit dem Sauggaskanal 13 im Ventildeckel 12.
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Die
Druckventilelemente 18, 19 und die Saugventilelemente 23, 24 sind
als Lamellen ausgebildet. Diese Lamellen können beispielsweise
aus einem Lamellenventilstahl gebildet sein, so dass sie elastisch
verformt werden können. Dementsprechend können
sie bei entsprechenden Druckverhältnissen mit ihrem freien
Ende von der Trägerplatte 17 abgehoben werden
und geben dann die Drucköffnungen 21, 22 bzw.
die Saugöffnungen 26, 27 frei. Da die Lamellen
als längliche Teile ausgebildet sind, ergibt sich beim
Abheben der freien Enden von der Trägerplatte 17 eine
seitliche Abströmung, auch bei sehr geringen Öffnungsgraden,
was die Verluste verringert und damit den Öffnungsgrad
des Verdichters 1 erhöht.
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Die
Trägerplatte 17 ist aus einem relativ dünnen
Blech gebildet. Sie ist somit in sich nicht formstabil genug, um
die im Betrieb herrschenden Druckkräfte aufnehmen zu können,
die von Seiten des Zylinders 3 oder des Ventildeckels 12 auf
die Trägerplatte 17 wirken. Dementsprechend wird
die Trägerplatte 17, wie dies aus 4 zu
erkennen ist, mit dem Ventildeckel 12 verschweißt,
ver lötet oder verklebt. Hierzu ist eine Verbindungsnaht 28 vorgesehen,
die zwei Druckventilbereiche 29, 30 nach außen
abschließt. Eine weitere Verbindungsnaht 31 trennt
die Druckventilbereiche 29, 30 von einem Saugventilbereich 32.
Der Ventildeckel 12 hat, wie dies aus 2 zu
erkennen ist, zwischen dem Sauggaskanal 13 und den Druckgaskanälen 14, 15 jeweils
eine Wand 33 mit einer dem Verdichtungsraum 2 zugewandten
Seite 34. Die Verbindungsnaht 31 verläuft
auf dieser Seite 34. Dies hat den Vorteil, dass man relativ
dünne Wände 33 zwischen dem Sauggaskanal 13 und
den Druckgaskanälen 14, 15 verwenden
kann, so dass sich eine verbesserte Strömung mit geringeren
Strömungsverlusten für Saug- und Druckgas einstellen kann.
Der Ventildeckel 12 stellt die mechanische Stabilität
des Zylinderkopfes 10 und damit auch der Trägerplatte 17 sicher.
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Die
Druckventilelemente 18, 19 und die Saugventilelemente 23, 24 können
vor dem Befestigen an der Trägerplatte 17 bearbeitet
werden. Insbesondere kann man hier eine Kantenrundung vornehmen,
was zum Erreichen einer hohen Lebensdauer beiträgt. Im
Gegensatz zu einer Ausführungsform, bei der die Ventilelemente
noch in einer Platte ausgebildet sind, ist hier eine leichtere Zugänglichkeit
für Schleifwerkzeuge möglich.
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Da
die Trägerplatte 17 relativ dünn ist
und vor allem nur eine einzige Platte vorhanden ist, die das Kältemittelgas
beim Einströmen in den und beim Ausströmen aus
dem Verdichtungsraum 2 durchqueren muss, ergeben sich geringe
Druckverluste. Darüber hinaus bleibt der schädliche
Raum oder Totraum klein, so dass sich ein günstiger Wirkungsgrad
ergibt.
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Die
Dichtung 11 deckt, wie man dies durch einen Vergleich der 4 und 5 erkennen
kann, die Saugventilelemente 23, 24 an ihrem Befestigungsbereich 35, 36 und
einem daran anschließenden kleinen Bereich ab. Dies führt
dazu, dass die Dichtung 11, wenn die Saugventilelemente 23, 24 durch
einströmendes Sauggas von der Trägerplatte 17 abgehoben
werden, durch die Dichtung 11 eine Rückstellkraft
erfahren, die die Saugventilelemente 23, 24 wieder
in Anlage an die Trägerplatte 17 bringen, wenn
die Saugströmung aufhört und dies relativ schnell,
ohne dass zusätzliche Federelemente erforderlich sind.
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Wie
insbesondere aus 3 zu erkennen ist, weist die
Dichtung 11 für jedes Saugventilelement 23, 24 eine
Vertiefung 37 auf, in die der Befestigungsbereich 35, 36 eines
jeden Saugventilelements 23, 24 eintritt. Dementsprechend
kann die Dichtung 11 praktisch spannungsfrei oder mit geringer
Vorspannung auf den Saugventilelementen 23, 24 aufliegen, wenn
der Zylinderkopf 10 am Kompressorblock 4 montiert
wird.
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Die
Befestigung des Zylinderkopfes 10 am Kompressorblock 4 kann
mit Hilfe von Schrauben erfolgen, die durch Öffnungen 38 im
Zylinderkopf 10 geführt werden. Man kann aber
auch vorsehen, dass der Zylinderkopf 10 mit dem Kompressorblock 4 verschweißt
wird. In diesem Fall kann man unter Umständen auf den Einsatz
von Schrauben oder Bolzen verzichten.
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Die
dargestellte Ausführungsform hat eine Reihe von Vorteilen.
Die Trägerplatte 17 kann als dünnes Stanz teil
ausgeführt werden, was nicht nur Material spart, sondern
auch ein aufwändiges beidseitiges Bearbeiten oder Schleifen
der Oberflächen. Dort, wo die Trägerplatte 17 an
der Dichtung 11 anliegt, ist eine Bearbeitung nicht erforderlich.
Dort, wo die Trägerplatte 17 am Ventildeckel 12 anliegt,
ist eine Bearbeitung ebenfalls nicht erforderlich, solange sichergestellt
ist, dass eine Verbindungsnaht 28, 31 erzeugt
werden kann. Man spart eine Dichtung zwischen der Trägerplatte 17 und
dem Ventildeckel 12. Es ergibt sich aufgrund der geringen
Dicke der Trägerplatte 17 ein geringer Schadraum,
was insbesondere bei Tieftemperaturverdichtern von Bedeutung ist.
Durch die Verbindungsnaht 31 gibt es keine Möglichkeiten
der inneren Leckage von bereits verdichtetem Druckgas zur Saugseite.
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Aufgrund
der geringen Dicke der Trägerplatte 17 ergeben
sich geringe Druckverluste beim Durchströmen des Kältemittelgases.
Die Dichtung 11 übernimmt eine Art Federfunktion
zum Andrücken der Saugventilelemente 23, 24 an
die Trägerplatte.
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Lediglich
für die Ventilelemente 18, 19, 23, 24 ist
teures Ventilmaterial erforderlich. Die Trägerplatte 17 kann
hingegen aus einem kostengünstigeren Material gefertigt
werden. Es entstehen keine Spalte, um die Ventilelemente 18, 19, 23, 24 herum, was
bei herkömmlichen Zylinderköpfen der Fall ist, bei
denen die Ventilelemente in Platten angeordnet sind und durch einen
Stanzvorgang erzeugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004047159
B4 [0002]
- - DE 10330760 B4 [0003]