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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für einen Kolbenverdichter, umfassend eine Ventilsitzplatte, wobei in der Ventilsitzplatte eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung vorgesehen sind. Die Ventilsitzplatte ist ein Teil des Zylinderkopfes der weiterhin Ventile, zumindest eine Einlasskammer, eine Auslasskammer sowie Kühlkanäle umfasst. Der Kolbenverdichter kann als ein- oder mehrstufiger Kolbenverdichter ausgeführt sein.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt, sind den Öffnungen Ventile zugeordnet, die derart ausgelegt sind, dass im Betrieb des Kolbenverdichters ein Fluid, insbesondere Luft, von einer Einlasskammer durch die Einlassöffnung mit einem ersten Druckniveau P1 in einen Kolbenraum des Kolbenverdichters eingesaugt werden kann und durch die Auslassöffnung mit einem zweiten höheren Druckniveau P2 in eine Druckkammer hineingepresst werden kann.
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Neben den Ventilen für die Einlassöffnung wie auch für die Auslassöffnung ist, wie beispielsweise in der
DE 10 2009 053133 A1 offenbart, auch noch ein weiteres Ventil, ein Leerlaufventil, vorgesehen. Dieses Ventil hat die Aufgabe, die Leerlaufverluste des Kolbenverdichters zu reduzieren, wenn keine Druckluft im System benötigt wird. Mittels des Leerlaufventils wird die Förderung des Kolbenverdichters unterbrochen.
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In der
DE 33 29 790 C2 wird beispielsweise ein Aufbau mit zwei Lamellen vorgeschlagen. Eine Lamelle als Einlassventil für den Förderbetrieb und eine Lamelle, als Leerlaufventil, die schwenkbar am Ventilträger angeordnet ist. In der ersten Stellung, dem Betriebsmodus, deckt diese Lamelle zwei zusätzliche Öffnungen ab, so dass komprimierte Luft nur über das Auslassventil den Kolbenraum verlassen kann. Wird die Lamelle in die zweite Stellung, die Leerlaufstellung, gedreht, werden die zusätzlichen Öffnungen freigegeben, so dass die Förderung des Kolbenverdichters unterbrochen ist.
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Die
DE 197 39 662 A1 schlägt eine alternative Ventilanordnung vor, mittels der ein Kolbenverdichter in eine Leerlaufschaltung geschaltet werden kann. Dem Ansaugventil ist bei diesem Aufbau eine verstellbare Ventilsitzplatte zugeordnet, die gegenüber dem Ventilträger bewegt werden kann. Diese Ventilsitzplatte hat im Wesentlichen zwei Stellungen. In der ersten Stellung wird die Ansaugöffnung in der Ventilsitzplatte von der Lamelle überdeckt, in der zweiten Stellung wird die Ansaugöffnung durch einen Durchbruch in der Lamelle freigegeben, so dass der Kolbenraum direkt mit der Einlasskammer verbunden ist.
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Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine Ventilanordnung für einen Kolbenverdichter vorzuschlagen, die einen einfacheren Aufbau aufweist und mit der sich die Leerlaufverluste weiter reduzieren lassen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Ventilanordnung gemäß Anspruch 1, einem Zylinderkopf gemäß Anspruch 13 sowie einem Kolbenverdichter gemäß Anspruch 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird eine Ventilanordnung für einen Kolbenverdichter vorgeschlagen, die eine Ventilsitzplatte umfasst, wobei in der Ventilsitzplatte eine Einlassöffnungen und eine Auslassöffnung vorgesehen sind. Den Öffnungen sind Ventile zugeordnet, die derart ausgelegt sind, dass im Betrieb des Kolbenverdichters ein Fluid, insbesondere Luft, von einer Einlasskammer durch die Einlassöffnung mit einem ersten Druckniveau P1 in einen Kolbenraum des Kolbenverdichters (10) eingesaugt werden kann und durch die Auslassöffnung mit einem zweiten höheren Druckniveau P2 in eine Druckkammer hineingepresst werden kann.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Einlassöffnung ein Ventil zugeordnet ist, dass von einer Betriebsstellung, in der das Fluid von der Einlasskammer durch die Einlassöffnung in den Kolbenraum eingesaugt werden kann, in eine Leerlaufstellung, in der die Einlasskammer über die Einlassöffnung mit dem Kolbenraum verbunden ist, schaltbar ist. Durch die Nutzung eines Ventils und eines Verbindungskanals von Einlasskammer zum Kolbenraum, für die Betriebsstellung und die Leerlaufstellung, wird erreicht, dass der Aufbau der Ventilsitzplatte vereinfacht wird. Durch den Wegfall des zusätzlichen Leerlaufkanals und des Leerlaufventils ist nun Platz vorhanden, den Querschnitt für die Einlassöffnung zu optimieren.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Ventil eine Lamelle umfasst. Weiterhin kann das Ventil zum Wechsel von der Betriebsstellung in die Leerlaufstellung drehbar oder verschiebbar gelagert sein. In beiden Varianten wird die Einlassöffnung in der Betriebsstellung mittels des Verschlussteils, das als Lamelle ausgeführt sein kann, derart verschlossen, dass ein Ansaugen ermöglicht wird, und in der Leerlaufstellung die Einlasskammer über die Einlassöffnung mit dem Kolbenraum verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführung können Mittel vorgesehen sein, mittels denen die Lamelle zumindest Bereichsweise von der Ventilsitzplatte (1) abhebbar ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein die Lamelle vor der Bewegung abzuheben, sodass der Reibwiederstand bei der Bewegung verringert wird.
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In einer bevorzugten Ausführung kann die Drehachse eines Drehlagers des Ventils parallel zur Kolbenhubbewegung verlaufen.
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Weiterhin kann vorgesehen werden, die Drehachse des Drehlagers innerhalb des Kolbenbereichs anzuordnen, insbesondere im Zentrumsbereich. Dabei kann das Drehlager bzw. die Buchse in der Ventilsitzplatte positioniert und befestigt sein. Mit dem Kolbenbereich ist der Bereich gemeint, in dem die Ventilsitzplatte den Kolbenraum begrenzt. Alternativ kann das Drehlager auch durch mehrere Bauteile des Zylinderkopfs verlaufen, wobei zur Ansteuerung der Drehbewegung unterschiedliche Lösungen in Betracht kommen. So kann die Ansteuerung beispielsweise pneumatisch erfolgen.
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In einer besonderen Ausführungsform können mehrere Auslassöffnungen und/oder Einlassöffnungen vorgesehen sein. So können weiterhin die Auslassöffnungen und/oder Einlassöffnungen um die Drehachse des Ventils angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist die Lamelle derart ausgebildet, dass jede Einlassöffnung durch einen unabhängig elastisch verformbaren Lamellenflügel abdeckbar ist, wobei die Lamellenflügel so weit voneinander beabstandet sind, dass bei der Drehbewegung des Ventils die Einlassöffnungen freigegeben werden, so dass ein Kanal vom Hubkolbenraum zur Einlasskammer freigegeben wird.
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Jeder Lamellenflügel kann in einer Stützaussparung geführt sein, wobei die Stützaussparung zumindest in dem Bereich als Anschlag für die Flügelspitze ausgeführt ist, im dem sich die Flügelspitze in der Betriebsstellung des Ventils befindet. Dadurch wird die Bewegung der Lamellenflügel auf ein Maß begrenzt, dass einen optimalen Luftdurchlass, beim Einsaugen der Luft in den Hubkolbenraum, gewährleistet und die Lebensdauer der Lamelle verlängert.
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Vorzugsweise kann der Anschlag eine Fläche sein, die derart geformt ist, dass die Flügelspitze flächig aufliegt, um eine verbesserte Abstützung zu erreichen.
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Weiterhin kann das Drehlager einen Bolzen mit einem Bolzenkopf umfassen, wobei der Bolzenkopf eine Stützfläche aufweist, durch die die Bewegung der Lamellen während des Ansaugens von Luft in den Kolbenraum begrenzt wird. Die Form dieser Begrenzung kann ebenfalls zur Lebensdauerverlängerung der Lamelle beitragen.
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Des Weiteren kann eine Stützlamelle vorgesehen sein, die kolbenraumseitig unter der Lamelle angeordnet ist.
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Die beschriebene Ventilanordnung kann in unterschiedlich aufgebaute Zylinderköpf für einen Kolbenverdichter eingesetzt werden, wobei das Ventil mittels einer Betätigungsvorrichtung bewegt wird, die im Zylinderkopf positioniert ist.
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Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Ventilanordnung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 Ventilplatte mit Lamelle im Betriebsmodus
- 2 Ventilplatte mit Lamelle im Leerlaufmodus
- 3 Ventil mit einer Lamelle und Drehlager
- 4 Ventil mit zusätzlicher Stützlamelle
- 5 Ventilplatte mit Lamelle und Stützlamelle im Betriebsmodus
- 6 Kolbenverdichter mit Lamelle in Betriebsstellung und Leerlaufstellung
- 7 Kolbenverdichter mit Sicht auf Ventilsitzplatte
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1 und 2 zeigt eine Ventilplatte mit Lamelle 2, einmal im Betriebsmodus und einmal im Leerlaufmodus. Zur Vereinfachung der Darstellungen wurden hier nur die Ventilsitzplatte 1 und das Ventil dargestellt und zwar in Blickrichtung auf die Kolbenraumseite der Ventilsitzplatte 2.
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Im Betriebsmodus sind die Einlassöffnungen 5 durch die Lamelle 2 des Ventils abgedeckt. Um in den Leerlaufmodus zu schalten wird die Lamelle 2 um den Bolzen 3 gedreht, so dass die Lamelle die Einlassöffnungen 5 freigibt. In diesem Beispiel weist die Lamelle 2 vier Lamellenflügel 16 und vier dazu korrespondierende Einlassöffnungen 5 auf. Jede Einlassöffnung ist wiederum dreigeteilt, wobei zur Teilung Rippen vorgesehen sind. Diese Rippen dienen der Luftleitung sowie besseren Kühlung der Luft. Die Kühlung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mehrere Verdichterstufen hintereinander angeordnet sind.
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Weiterhin sind vier Auslassöffnungen 4 dargestellt, wobei die dazugehörigen Auslassventile nicht zu sehen sind, weil diese auf der Rückseite der Ventilsitzplatte angebracht sind. Auch nicht dargestellt ist der Kühlkanal, der durch die Ventilsitzplatte verläuft. Zu sehen sind hier nur die Kühlkanal Einlass- und Auslassöffnung 6. Die weiteren Öffnungen sind die Zylinderkopfbefestigungsbohrungen.
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In 3 ist das Ventil mit einer Lamelle 2 und dem Drehlager dargestellt. Das Drehlager besteht aus einem Bolzen 3 und einer Buchse 7 in der der Bolzen 3 drehbar gelagert ist. Die Lamelle 2 ist zwischen der Stützfläche 13 des Bolzenkopfes 17 und der Ventilsitzplatte 1 angeordnet. Zur Übertragung der Drehbewegung vom Bolzen auf die Lamelle 2 ist eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, z.B. eine Vierkantverbindung 6.
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Im Betriebsmodus, wenn sich der Kolben nach unten bewegt, wird Luft von der Einlasskammer 15 durch die Einlassöffnung 5 mit einem ersten Druckniveau P1 in einen Kolbenraum des Kolbenverdichters 10 eingesaugt. Dabei kann P1 dem Umgebungsdruck entsprechen.
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Die Lamelle ist so ausgelegt, dass diese sich beim Ansaugen in Richtung Hubkolbenraum elastisch verbiegt, so dass die Einlassöffnungen 5 freigegeben werden. Damit sich die Lamelle 2 nicht zu viel verbiegt, ist am Bolzenkopf 17 eine Stützfläche 13 vorgesehen, die die Bewegung der Lamelle begrenzt.
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Bewegt sich der Kolben wieder nach oben legen sich die Lamellenflügel an die Ventilsitzplatte 2 an und die Luft wird durch die Auslassöffnung 4 und ein nicht dargestelltes Auslassventil, mit einem zweiten höheren Druckniveau P2, in eine ebenfalls nicht dargestellte Druckkammer hineingepresst.
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Nicht dargestellt ist die Mechanik mittels der die Drehbewegung realisiert wird. Hierzu sind alle Arten von Antrieben geeignet, die auf der Ventilsitzpatte 1 oder irgendwo am Zylinderkopf angebracht sein können.
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In 4 und 5 ist eine weitere Variante des Ventils dargestellt. Das Ventil weist hier eine zusätzliche Stützlamelle 8 auf. Diese Stützlamelle 8 weist im Wesentlichen die Form der Lamelle 2 auf. Durch die Stützlamelle 8 kann die Federkennlinie der Lamelle 2 sehr leicht an die Erfordernisse angepasst werden. Insbesondere kann die Lebensdauer der Lamelle 2 verlängert werden.
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In den 6a und 6b ist der Kolbenverdichter 10 in der Draufsicht auf den Hubkolbenraum 14 dargestellt. Der Zylinderkopf und die Ventilsitzplatte 2 wurden weggelassen. Die Lamelle 2 ist in einer Ebene angeordnet, die unterhalb der Dichtebene zwischen Ventilsitzplatte 2 und Kurbelgehäuse 11 liegt. Die Flügel 16 der Lamelle 2 sind in dieser Ausführung so lang, dass deren Flügelspitzen in Stützaussparungen 12 im Kurbelgehäuse 11 hineinreichen. Diese Stützaussparungen 12 sind so ausgelegt, dass die Flügel 16 während des Einsaugens von Luft in den Hubkolbenraum 14 eine Bewegung in Richtung Hubkolbenraum 14 ausführen können, sodass die Einlassöffnungen in der Ventilsitzplatte freigegeben werden. Die Bewegung in den Stützaussparungen wird durch deren Tiefe begrenzt, wobei die Stützaussparung 16 zumindest in dem Bereich als Anschlag für die Flügelspitzen ausgeführt ist, im dem sich die Flügelspitze, in der Betriebsstellung des Ventils, befindet. Dabei ist eine flächige Auflage der Flügelspitzen besonders vorteilhaft. Das heißt der Anschlag ist derart geformt, dass die Verformung des Lamellenflügels während des Ansaugens berücksichtigt wird und die Flügelspitze vollflächig aufliegt. Dies verlängert die Lebensdauer der Lamelle erheblich.
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Idealerweise wird die Lamelle über die Stützfläche 13 und die Anschlagsfläche gestützt, bzw. in eine optimierte Form gebracht.
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In 7 ist noch einmal der Kolbenverdichter in der Draufsicht zu sehen, diesmal mit der Ventilsitzplatte. Gut zu erkennen sind hier die dreigeteilten Einlassöffnungen 5 und die Einlass- und Auslassöffnung für den Kühlkanal. Wie in 3 und 4 zu erkennen ist, kann die Ventilsitzplatte 2 aus zwei Teilen zusammengesetzt sein. Zwischen den Teilen verläuft ein nicht weiter dargestellter Kühlkanal, der beispielsweise so geformt ist, dass die Einlassöffnungen 5 und Auslassöffnungen 4 nacheinander umströmt werden.
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Die Form der Lamelle 2 ist nicht auf die hier dargestellte Form mit vier Lamellenflügeln begrenzt. Vielmehr ist es so, dass die Form der Lamelle an die Anzahl, Form und Lage der Einlassöffnungen 5 angepasst werden kann.
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Auch nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die Lamelle vor dem Verdrehen von der Ventilsitzplatte abzuheben, oder die optionale Möglichkeit die Lamelle bzw. das Ventil durch eine Verschiebevorrichtung von der Betriebsstellung in die Leerlaufstellung zu bewegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilsitzplatte
- 2
- Lamelle
- 3
- Bolzen
- 4
- Auslassöffnung
- 5
- Einlassöffnung
- 6
- Kühlkanalöffnungen
- 7
- Buchse
- 8
- Stützlamelle
- 9
- Vierkant
- 10
- Kolbenverdichter
- 11
- Kurbelgehäuse
- 12
- Stützaussparung
- 13
- Stützfläche
- 14
- Kolben
- 15
- Einlasskammer
- 16
- Lamellenflügel
- 17
- Bolzenkopf
