-
Die Erfindung betrifft ein Kompressorventil für eine Kolbenmaschine mit einer Verschlussvorrichtung für den Einlass eines Gases in den Arbeitsraum oder den Auslass eines Gases aus dem Arbeitsraum der Kolbenmaschine, wobei das Kompressorventil als Ringventil ausgelegt ist.
-
Aus
CH 430 932 ist ein Ringventil für Kolbenverdichter bekannt, bei dem zwischen Ventilsitz und Ventilfänger ein Verschlussorgan angeordnet ist, das durch eine zur Ventilachse konzentrische Schraubenfeder geführt ist. Die Schraubenfeder ist mit einem Ende am Ventilfänger und mit dem anderen Ende am Verschlussorgan auf je einer Zylinderfläche zentriert angebracht. Dabei ragen wenigstens an einem Ende der Schraubenfeder die an den Zylinderflächen anliegenden Windungen vor dem Einbau der Schraubenfeder über die Zylinderfläche radial vor, wobei die Zylinderflächen zur Erzielung eines spielfreien Sitzes nachträglich bearbeitet sind.
-
Weiterhin ist aus
AT 402 541 B ein Ventil bekannt, insbesondere für Verdichter. Das Ventil ist für den Einbau oder Anbau an ein Ventilgehäuse vorgesehen und mit wenigstens einer Zugschraube gegen eine Sitzfläche des Ventilgehäuses spannbar angeordnet. Dabei besteht das Ventil aus einem Ventilsitz mit Durchgangskanälen, wenigstens einem über den Durchgangskanälen beweglich angeordneten Verschlussstück, einem Ventilfänger für das Verschlussstück und wenigstens einem Abstandshalter zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilfänger. Die Ventilteile sind zusätzlich zu der Zugschraube oder den Zugschrauben und vor dem Einbau oder Anbau des Ventils in oder an das Ventilgehäuse durch wenigstens eine als Transportsicherung und Montagehilfe dienende Niethülse am Ventilsitz oder am Ventilfänger festgehalten.
-
Die in Kolbenkompressoren eingesetzten Arbeitsventile unterliegen durch verunreinigte Gase, Ablagerungen, Ölrückstände und den Abrieb der Kolbenringe und Führungsringe einer starken Verschmutzung.
-
Für den Einsatz unter solchen Bedingungen eignen sich Ringventile mit profilierten Ventilringen, weil aufgrund der Ringgeometrie eine bessere Strömung und Abdichtung als bei einem Plattenventil zu erwarten ist.
-
Bei Ventilen mit profilierten Ventilringen sind die Ventil-Sitzleisten der Geometrie der Dichtelemente angepasst. Infolge des konstruktiv konischen Designs der Ventil-Sitzleisten weisen die profilierten Ventilringe aufgrund des Strömungskanals äußere und innere Anlageflächen auf. Bei den Arbeitstemperaturen, die zwischen dem Saugventil und dem Druckventil liegen, treten durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Sitzmaterial und dem Ringmaterial erhöhte Leckraten auf, was gerade bei leichten Gasen wie Wasserstoff zu erheblichen Schwierigkeiten führen kann.
-
Die Schwierigkeit besteht aufgrund der Profilierung des Ventilringes, da bei bestimmten Temperaturen der Ventilring nur noch einseitig innen oder außen dichtet. Die auftretende Schwierigkeit versucht man damit zu kompensieren, dass durch eine differenzdruckbedingte Torsion des Ventilringes die innere und äußere Sitzleiste zum Dichten gebracht wird. Je nach Temperatur und Druck ist eine solche Abdichtung nachweisbar, aber eine solche Abdichtung ist nicht immer möglich, was zwangsläufig zu Leckagen und damit zu einem schlechteren Wirkungsgrad des Ventils führt.
-
Weiterhin besteht die Schwierigkeit, dass gerade bei ölgeschmierten Verdichtern ein Ölkleben der Ventilringe am Ventilsitz und Ventilfänger durch Überschmierung auftritt. Ein solches Ölkleben führt zu einem verspäteten Schließen oder Öffnen der Ventilringe, was den Wirkungsgrad des Ventils nachteilig beeinflusst und den Ventilringen hohen Beschleunigungskräften aussetzt und letztendlich zur frühzeitigen Zerstörung der Dichtelemente führt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Kolbenmaschine, insbesondere einen Kompressor oder eine Vakuumpumpe, ein Ringventil zu schaffen, welches unabhängig von temperaturbedingten Betriebszuständen zuverlässig betrieben werden kann und geringere Leckverluste als herkömmliche Ringventile und damit einen besseren Wirkungsgrad aufweist.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Kompressorventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Dabei ist das Kompressorventil für eine Kolbenmaschine als Ringventil in vorteiliger Weise mit wenigstens einem profilierten Ventilring ausgelegt.
-
Der profilierte Ventilring ist auf der Unterseite flach oder eben ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einer halbkreisförmigen oder abgeflachten O-Ring-Geometrie mit an der flachen oder ebenen Unterseite integrierter flacher Ventilringfläche mit im Querschnitt ausgebildeter Rechteckgeometrie. Ein Ventilfänger ist vorzugsweise mit Durchgangsbohrungen für Druckentlastung und darin zentrierten Sackbohrungen für Ventilringfedern versehen, die auf Federkappen sitzen, welche auf dem Ventilring aufliegen. Weiterhin können bevorzugt Stiftbohrungen im Ventilring zur Verdrehsicherung des Ventilrings angeordnet sein.
-
Je nach Ausdehnung der Ventilringe durch Temperatureinfluss verschieben sich diese vorteilhaft auf den Ventilsitzleisten. Infolge des flachen oder ebenen Aufliegens der Ventilringe mit den ebenen Ventilringflächen auf den Ventilsitzleisten ist sichergestellt, dass durch Temperaturschwankungen keine Leckagen an den Ventilsitzleisten entstehen. Weiterhin unterliegen die Ventilsitzleisten einer Selbstreinigung infolge der durch eine Gasströmung hervorgerufenen Drehbewegung des Ventilringes. Durch das flache Aufliegen des Ventilringes in Verbindung mit der Verwendung eines flexiblen Materials ist sichergestellt, dass unabhängig von Druck und Temperatur der Ventilring innen auf der inneren Ventilsitzleiste und außen auf der äußeren Ventilsitzleiste dichtet und somit die Leckverluste reduziert werden.
-
Das Problem des Ölklebens der Ventilringe wird vorteilhaft dadurch gelöst, dass infolge des konstruktiven Designs des Ventils mit den konischen Ringanlageflächen des Ventilfängers die halbkreisförmige oder abgeflachte Anlagefläche der Ventilringe tangential begrenzt ist, so dass eine linienförmige Anlage zwischen Ventilring und konischer Ringanlagefläche des Ventilfängers erzielbar ist.
-
Aufgrund des bevorzugten halbkreisförmigen oder abgeflachten Ausbildung der Ventilringe mit einem in der Höhe kleinen Halbkreisdurchmesser werden außerdem die torsionalen oder Dreh-Bewegungen der Ventilringe vorteilhaft begrenzt und somit Leckagen minimiert.
-
Weitere Merkmale und Vorteile des Kompressorventils sind in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.
-
Dabei zeigt:
-
1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Kompressorventil mit den profilierten Ventilringen entlang der Linie I-I;
-
2 einen weiteren Schnitt in vergrößertem Maßstab des erfindungsgemäßen Kompressorventils durch einen profilierten Ventilring zwischen dem Ventilsitz und dem profilierten Ventilfänger in einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand des Ventils gemäß der Darstellung auf der rechten Seite der 1;
-
3 einen weiteren Schnitt in vergrößertem Maßstab durch die Ventilfederanordnung mit den Ventilfängern, Ventilringfedern und den Ventilringen gemäß der Darstellung auf der linken Seite der 1.
-
1 zeigt einen Schnitt eines Ringventils 01 mit mindestens einem Ventilsitz 02 und Ventilfänger 03 sowie mindestens einer Ventilsitzleiste 04 und einem Ventilring 05. Der bevorzugte Ventilring 05 ist in einer im Querschnitt halbkreisförmigen O-Ring-Geometrie mit einer flachen oder ebenen Unterseite ausgebildet, an die eine Ventilringfläche 06 mit im Querschnitt ausgebildeter flacher Rechteckgeometrie angeformt ist, welche zu der Ventilsitzleiste 04 weist. Der Ventilfänger 03 ist mit Durchgangsbohrungen 07 versehen, in denen zentriert Sackbohrungen 08 angebracht sind. Die Sackbohrungen 08 nehmen jeweils einen Teil einer Ventilfeder 09 auf, wobei der andere Teil der Ventilfeder auf einer Ventilfederkappe 10 sitzt, welche auf dem Ventilring 05 aufliegt. Die Sackbohrung 08 in dem Ventilfänger 03 für die Aufnahme von einem Teil der Ventilfeder 09 ist im Schnitt deutlich dargestellt. Stiftbohrungen 11 im Ventilring 05 sind als mögliche Verdrehsicherung des Ventilrings angeordnet.
-
Der profilierte Ventilring 05, der mit der ebenen Unterseite der Ventilringfläche 06 in Rechteckgeometrie zu den Ventilsitzleisten 04 weist, besteht aus einem flexiblen Material. Aufgrund der Flexibilität des Ventilrings 05 in Verbindung mit der ebenen oder flachen Ausbildung der Ventilringfläche 06 wird ein unkontrolliertes Öffnen der Ventilringe durch Temperaturschwankungen verhindert, weil die ebenen Ventilringflächen stets flach auf den Ventilsitzleisten aufliegen. Damit werden Leckverluste durch Temperaturdifferenzen eliminiert und der Wirkungsgrad der Ventile erhöht.
-
2 zeigt einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch eine Ventilanordnung in einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand des Ringventils 01, wobei der Ventilsitz 02 mit den Ventilsitzleisten 04 und den Ventilringen 05 und die Ventilfänger 03 mit konischen Ringanlageflächen 12 und Ringkanäle 13 deutlich dargestellt sind. In 2 ist ein äußerer, im geschlossenen Zustand des Ringventils 01 auf den Ventilsitzleisten 04 aufliegender Ventilring 05 sowie ein innerer, im geöffneten Zustand des Ringventils an den konischen Ringanlageflächen 12 des konisch profilierten Ventilfängers 03 anliegender Ventilring 05 dargestellt. Die tangentiale Anlage des Ventilringes 05 am konisch ausgebildeten Ventilfänger 03 hat zur Folge, dass sich lediglich eine linienförmige Anlage zwischen dem konisch profilierten Ventilfänger 03 und dem halbkreisförmig oder abgeflachten profilierten Ventilring 05 ergibt, wobei die Berührungslinie aufgrund der gewählten Geometrie sehr dünn oder schmal ausgebildet ist.
-
Eine solche Ausgestaltung des Ringventils 01 mit lediglich einer tangentialen linienförmigen Anlage zwischen dem konisch profilierten Ventilfänger 03 und dem profilierten Ventilring 05 verhindert, dass ein Ölkleben des Ventilrings 05 am Ventilfänger 03 eintritt.
-
In 3 ist der Ventilteil auf der linken Seite der 1 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Dabei sind die Ventilsitzleisten 04 und die Ventilringe 05 in der halbkreisförmigen oder abgeflachten Ausbildung mit der integrierten Ventilringfläche 06 zu erkennen. Auf den Ventilringen 05 liegen die Ventilfederkappen 10 auf, welche die Ventilringfedern 09 aufnehmen, die in den Sackbohrungen 08 der Ventilfänger 03 angeordnet sind. Die Ventilringe 05 liegen mit den flachen oder ebenen Ventilringflächen 06 auf den konischen Ventilsitzleisten 04 im geschlossenen Zustand des Ringventils 01 unter Federdruck der Ventilringfedern 09 auf.
-
Im Betrieb verschieben sich die Ventilringe 05 mit den integrierten flachen oder ebenen Ventilringflächen 06 je nach Ausdehnung durch Einfluss der gegebenen unterschiedlichen Betriebstemperaturen auf den profilierten Ventilsitzleisten 04. Dabei liegen die Ventilringe 05 mit den integrierten Ventilringflächen 06 stets flach auf den Ventilsitzleisten 04 auf. Infolge des flachen Aufliegens der flexiblen Ventilringe 05 auf den Ventilsitzleisten 04 ist sichergestellt, dass durch Temperaturschwankungen beim Betrieb des Ringventils 01 keine Leckagen an den Ventilsitzleisten auftreten.
-
Weiterhin unterliegen die Ventilsitzleisten 04 einer vorteilhaften Selbstreinigung infolge der durch eine Gasströmung hervorgerufenen Drehbewegung des Ventilrings 05, so dass eventuell von verunreinigten Gasen anhaftende Partikel von den Ventilsitzleisten 04 abgestreift werden. Solche auf den Ventilsitzleisten 04 anhaftenden Partikel könnten sonst eine einwandfreie Abdichtung zwischen dem Ventilring 05 und der Ventilsitzleiste beeinflussen.
-
Aufgrund des flachen Aufliegens der Ventilringfläche 06 auf der Ventilsitzleiste 04 in Verbindung mit der Flexibilität des Ventilrings 05 ist sichergestellt, dass unabhängig von Betriebsdruck und Betriebstemperatur der Ventilring innen auf der inneren Ventilsitzleiste 04 und außen auf der äußeren Ventilsitzleiste abdichtet und somit die Leckverluste reduziert werden.
-
Infolge der vorteilhaften Ausgestaltung des Ringventils 01 wird bei ölgeschmierten Kompressoren oder Verdichtern durch Überschmierung ein Ölkleben der Ventilringe 05 am Ventilsitz 02 und Ventilfänger 03 verhindert. Durch die konischen Ringanlageflächen 12 der Ventilfänger 03 und der halbkreisförmigen oder abgeflachten Ausbildung des Ventilrings 05 kommt lediglich eine tangentiale linienförmige Anlage zwischen Ventilfänger und Ventilring zustande. Eine solche Anlage in dünnlinienförmiger Ausbildung verhindert ein Ölkleben.
-
Ebenfalls besteht zwischen dem Ventilring 05 und dem Ventilsitz 02 lediglich eine linienförmige Anlage aufgrund der flachen ebenen Ausbildung der Ventilringfläche 06 und der konischen Ausbildung der Ventilsitzleiste 04, so dass ein Ölkleben verhindert wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CH 430932 [0002]
- AT 402541 B [0003]
