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Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Ventil für einen Hubkolbenkompressor. Derartige Hubkolbenkompressoren sind in unterschiedlichen Ausführungen aus dem StdT wie z.B. der
DE 10 2014 111 526 A1 hinreichend bekannt, wobei man bei Hubkolbenkompressoren im Wesentlichen zwischen zwei Ventilen unterscheidet, dem Ventil durch welches Luft in den Hubraum strömen kann und dem Ventil durch welches komprimierte Luft aus dem Hubraum herausgefördert wird.
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Die Erfindung berücksichtigt lediglich das Ventil, durch welches komprimierte Luft aus dem Hubraum heraus in eine Auslasskammer gefördert wird. Die Auslasskammer ist über einen Auslasskanal z.B. direkt mit einem Druckluftspeicher verbunden.
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Hubkolbenkompressoren werden in Kraftfahrzeugen verwendet um beispielsweise eine mit Druckluft betriebene Betriebsbremse und/oder eine Luftfederung mit Druckluft zu versorgen. Umgebungsluft wird von dem Kompressor angesaugt, komprimiert und vor der Verwendung in den Verbrauchern von Fremdbestandteilen, wie Öl und Wasser, in weiteren Bestandteilen der Druckluftversorgungseinrichtung gereinigt.
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Moderne Kompressoren stellen infolge der stetig wachsenden Anforderung an die Effizienz hohe Anforderungen an die Bauteile wie die Ventilplatte, die Ventile und den Zylinderkopf. Diese Bauteile werden durch die thermischen und mechanischen Lasten aus dem Kompressionsvorgang stark beansprucht.
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In der oben genannten Schrift wird bereits offenbart, dass ein Auslassventil für Kolbenkompressoren ein selbsttätiges Lamellenventil sein kann. Derartige Ventile sind entweder einseitig fixiert oder können sich entlang einer beidseitigen Führung bewegen. Lamellenventile sind in der Regel auf der Ventilplatte befestigt und verschließen den Kanal der vom Hubraum durch die Ventilpatte führt.
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Ein wesentliches Problem der bisherigen Konstruktionen ist es, das die einzelnen Ventilteile bei hohen Luftdurchsätzen und den damit verbundenen hohen Temperaturen zum Versagen neigen. Zudem haben Untersuchungen gezeigt, dass die Luftführung einen Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des Kompressors hat.
Der genaue Aufbau wird auch unter 1 beschrieben.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein selbsttätiges Ventil vorzuschlagen, das eine Verbesserung zu bekannten Ventilen für Hubkolbenkompressoren darstellt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
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Es wird ein selbsttätiges Ventil für einen Hubkolbenkompressor, umfassend eine Ventillamelle und einen Hubbegrenzer vorgeschlagen, wobei mittels der Ventillamelle ein Kanal in einer Ventilplatte des Hubkolbenkompressors verschließbar ist.
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Erfindungsgemäß wird nun ein Ventil mit einer Ventillamelle vorgeschlagen, die einseitig zwischen einer Klemmfläche am Hubbegrenzer und der Ventilplatte klemmbar ist, so dass die Ventillamelle im Ruhezustand den Kanal verschließt, und weiterhin ein Federelement zwischen dem Hubbegrenzer und der Ventillamelle angeordnet ist.
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Unter einem selbsttätig arbeitenden Ventil wird im Sinne der Erfindung ein Ventil verstanden, dass nur über eine Druckdifferenz geschaltet wird. Diese Druckdifferenz ergibt sich in einem Hubkolbenkompressor aus der Differenz zwischen dem Arbeitsraumdruck im Hubraum des Zylinders und dem Auslasskammerdruck im Raum in dem das Ventil angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist das Federelement zusammen mit der Ventillamelle einseitig zwischen Hubbegrenzer und Ventilplatte klemmbar. So können alle Bauteile des Ventils mittels einem Verbindungselement z.B. Schraube an einer Ventilplatte für einen Hubkolbenkompressor befestigt werden. Des Weiteren kann die Klemmverbindung einen Positionierstift umfassen, durch den ein Verdrehen der Teile zueinander verhindert wird.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Federelement derart zwischen Hubbegrenzer und Ventillamelle angeordnet, dass im Ruhezustand der Ventillamelle ein erster und zweiter Bewegungsraum gebildet wird. Der Bewegungsraum ist der Raum innerhalb dem die Ventillamellen oder die Ventillamelle zusammen mit dem Federelement bewegbar sind. Die Bewegung erfolgt ausschließlich aufgrund der oben beschriebenen Druckdifferenzen durch die das Ventil geöffnet oder geschlossen wird.
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Weiterhin können die beiden Bewegungsräume unterschiedlich groß sein, sodass unterschiedliche Bedingungen oder Dämpfungseigenschaften des Federelementes auf die Ventillamelle realisierbar sind. Dabei ist nicht nur die Dämpfung bei der Ventilöffnung gemeint sondern auch die weniger kraftvolle Rückfederung der Ventillamelle, wenn sich das Ventil schließt, so dass die Ventillamelle mit einer geringeren Kraft auf die Ventilplatte aufschlägt.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann der Hubbegrenzer eine bogenförmige Anschlagfläche aufweisen, die tangential an die Klemmfläche anschließt. Um die Biegebelastung möglichst gering zu halten ist es weiterhin vorteilhaft wenn die bogenförmige Anschlagfläche einen Radius aufweist, der der 2 bis 4 fachen Länge des beweglichen Ventillamellenbereichs (I) entspricht.
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Zum Schutz der Ventilplatte kann zwischen Ventilplatte und Ventillamelle weiterhin eine Verschleißlamelle angeordnet sein, die zusammen mit dem Federelement und der Ventillamelle einseitig zwischen Hubbegrenzer und Ventilplatte klemmbar ist.
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Das Ventil, bestehend aus den Bauteilen Hubbegrenzer, Federelement, Ventillamelle und alternativ auch Verschleißlamelle können zu einer Baugruppe zusammengefasst sein, z.B. verschraubt sein, um so als Baugruppe einfacher auf der Ventilplatte montierbar zu sein.
Ein solches selbsttätiges Ventil entsprechend einer der Ausführungen wie beschrieben kann in einem Zylinderkopf angeordnet sein, der eine Ventilplatte und eine Auslasskammer, an die ein Auslasskanal angeschlossen ist, umfasst. Vorzugsweise ist das Ventil in der Auslasskammer derart angeordnet, dass die Längsachse der Ventillamelle in Richtung des Auslasskanals ausgerichtet ist. Dadurch wirkt die bei voller Öffnung am Hubbegrenzer anliegende Ventillamelle als Leitblech für die von der Hubkammer durch die Kanäle in der Ventilplatte in die Auslasskammer strömende Luft, die über den Auslasskanal abgeführt wird.
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Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1 Ventil entsprechend dem StdT
- 2 erfindungsgemäßes Ventil - geschlossen
- 3 erfindungsgemäßes Ventil - geöffnet
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1 zeigt ein selbsttätiges Ventil 1 entsprechend dem StdT für einen Hubkolbenkompressor. Das Ventil 1 ist auf die Ventilplatte 6 montiert, die Teil des Zylinderkopfes für den Kompressor ist. Unterhalb der Ventilplatte befindet sich der Hubraum 13 also der Kompressionsraum des Kompressors. Bei einer Kolbenbewegung (Kolben hier nicht dargestellt) in Richtung der Ventilplatte 6 wird die im Hubraum 13 befindliche Luft komprimiert und über die Kanäle 7 in der Ventilplatte 6 und das Ventil 1 in eine Auslasskammer 12 gefördert. Von dort wird die komprimierte Luft über einen hier nicht dargestellten Auslasskanal abgeführt.
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Das Ventil 1 besteht im Wesentlichen aus einer auf der Ventilplatte 6 aufliegenden Verschleißlamelle 5, einer darüber angeordneten Ventillamelle 4, einem Federelement 3 und einem Hubbegrenzer 2. Der Hubbegrenzer 2 und die Verschleißlamelle 4 sind derart auf der Ventilplatte 6 befestigt, dass ein Zwischenraum 14 zwischen Hubbegrenzer 2 und Verschleißlamelle 4, die auf der Ventilplatte 6 aufliegt, gebildet wird, wobei die Höhe über Distanzstücke 10a, b definiert ist.
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Bei jeder Hubbewegung des Kolbens nach oben wird die Luft im Hubraum 13 komprimiert und ab einem bestimmten Druckdifferenz wird die Ventillamelle 4 gegen die Federkraft des Federelementes 3 derart nach oben bewegt, dass die Luft durch den Kanal 7 in die Auslasskammer 12 strömt. Der Hub der beweglich zwischen den Distanzstücken eingelegten Ventillamelle 4 und des eingelegten Federelementes 3 ist durch den Hubbegrenzer 2 begrenzt, so dass die Bewegung und Verbiegung der Teile begrenzt wird. Dennoch führt die häufige Verbiegung in der Praxis immer wieder zum Bruch des Federelementes 3.
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Eine weitere Belastung erfährt die Ventillamelle 4, wenn der Kolben sich im Hubraum 13 wieder nach unten bewegt. Dann wird die Ventillamelle 4 schlagartig in Richtung Ventilplatte 6 gesaugt und schlägt auf der Ventilplatte 6 bzw. der darüber angeordneten Verschleißlamelle 5 auf. Bei der Verwendung einer Verschleißlamelle 5 auf der Ventilplatte 6 kann die Ventilplatte 6 aus einem weicheren Material z.B. Aluminium gefertigt werden, die die Schlagbelastung ohne Schutz nicht dauerhaft standhalten würde.
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Die 2 und 3 zeigten nun ein erfindungsgemäßes Ventil 1a im geschlossenen bzw. geöffneten Zustand. Das Ventil 1a besteht aus ähnlichen Bauteilen wie das Ventil entsprechend dem StdT, die im Wesentlichen die gleiche Funktion haben. Die Bauteile des Ventils 1a sind auf einer Ventilplatte 6 montiert. In der dargestellten Ausführung umfasst das Ventil 1a eine auf der Ventilplatte 6 aufliegende Verschleißlamelle 5, eine darüber angeordneten Ventillamelle 4, ein Federelement 3 und einen Hubbegrenzer 2.
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Ventillamelle 4 wie auch das Federelement 3 bestehen aus einem Flachmaterial, das elastisch ist und eine Federwirkung hat, wie z.B. ein Federblech, wobei die verwendeten Materialien auch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können. Der Hubbegrenzer 2 ist hier ein relativ robustes bzw. massives Bauteil, durch das die weiteren Bauteile des Ventils 1a zwischen der Klemmfläche 17 am Hubbegrenzer 2 und der Ventilplatte 6 fixiert werden. Die Klemmkraft wird mittels der Schrauben 8 aufgebracht und zur Lagefixierung ist ein Positionierstift 11 vorgesehen.
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Bei jeder Hubbewegung des Kolbens in dem Hubraum 13 nach oben wird die Luft im Hubraum 13 komprimiert und ab einem bestimmten Kompressionsgrad erfolgt die Öffnung des Ventils 1a, bei der die Ventillamelle 4 in einem ersten Schritt gegen die eigene Federkraft nach oben gebogen wird, so dass die Luft durch den Kanal 7 in die Auslasskammer 14 strömt. Die Verbiegung der Ventillamelle 4 erfolgt in diesem ersten Schritt bis zum Anschlag an das Federelement 3. In zweiten Schritt erfolgt eine weitere Verbiegung, nun zusammen mit dem Federelement 3, die die Ventillamelle 4 stützt, bis zum Anschlag an den Hubbegrenzer 2. Die Bewegung bzw. Verbiegung wird durch den Hubbegrenzer 2 dadurch begrenzt, dass das Federelement 3 zusammen mit der Ventillamelle 4 gegen die Anschlagfläche 16 schlägt.
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Der Bewegungsraum 15a zwischen Federelement 3 und Ventillamelle 4 bewirkt, dass das Ventillamelle 4 sich zunächst relativ einfach öffnen lässt, was den Wiederstand für den Hubkolben beim herausdrücken der Luft verringert und damit den Gesamtwirkungsgrad des Kompressors erhöht.
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Eine gewisse Dämpfung erfährt die Ventillamelle 4 bei der weiteren Bewegung durch das Federelement 3, das als Bremse für die Lamelle wirkt, so dass die Anschlagskräfte auf den Hubbegrenzer 2 reduziert werden.
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Im geöffneten Zustand wirken die an dem Hubbegrenzer 2 anliegenden Bauteile, Federelement 3 und Ventillamelle 3, als Luftleiter, durch den die komprimierte Luft gezielt in die Auslasskammer 12 eingeleitet wird. Dies kann derart erfolgen, dass die Luft in Richtung des Auslasskanals geleitet wird oder eine Kühlvorrichtung in gewünschter Weise angeströmt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Ventil
- 2
- Hubbegrenzer
- 3
- Federelement
- 4
- Ventillamelle
- 5
- Verschleißlamelle
- 6
- Ventilplatte
- 7
- Kanal
- 8
- Verschraubung
- 9
- Strömung
- 10a, b
- Distanzstück
- 11
- Positionierstift
- 12
- Auslasskammer
- 13
- Hubraum
- 14
- Zwischenraum
- 15a, b
- Bewegungsraum
- 16
- Anschlagfläche
- 17
- Klemmfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014111526 A1 [0001]
