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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Saugventil eines Kolbenverdichters,
und insbesondere ein Saugventil eines Kolbenverdichters, der in
der Lage ist, das Auftreten eines Totvolumens in einer Verdichtungskammer
zu verhindern, und der in der Lage ist, die Betriebszuverlässigkeit
des Kolbenverdichters zu steigern.
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Im
allgemeinen ist ein Saugventil zwischen einer Verdichtungskammer
zum Verdichten eines Gases und einem Saugkanal zum Ansaugen des
Gases in einem Kolbenverdichter eingerichtet, so daß der Saugkanal
geöffnet
wird, wenn das Fluid angesaugt wird, um das Fluid, das durch den
Saugkanal eingeleitet wird, zur Verdichtungskammer zu leiten, und
zu verhindern, daß das
Fluid, das in der Verdichtungskammer verdichtet wird, zurückfließt.
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1 ist eine Teilschnittansicht
eines Verdichters, der ein Saugventil gemäß einer herkömmlichen
Technik aufweist, 2 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Saugventils
gemäß der herkömmlichen
Technik und 3 ist eine Vorderansicht
des Saugventils gemäß der herkömmlichen
Technik.
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Der
herkömmliche
Verdichter beinhaltet einen Zylinder 104, der an einem
Gehäuse
(nicht gezeigt) befestigt angeordnet ist und eine Verdichtungskammer 102 ausbildet;
einen Kolben 106 zum linearen Hin- und Herbewegen in dem
Zylinder 124 und zum Verdichten eines Gases; ein Saugventil 110,
das an der Vorderseite des Kolbens 106 angebracht ist und
sich für
das Gas, das angesaugt wird, öffnet
und schließt;
und einen Ablaßventilzusammenbau 108 zum
Ablassen des Gases aus der Verdichtungskammer 102, wenn
das Fluid über
einen bestimmten Grad in der Verdichtungskammer 102 verdichtet
ist.
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Der
Kolben 106 beinhaltet einen zentralen Saugkanal 112 zum
Ansaugen des Fluids in einer Längsrichtung,
ein Saugloch 114, das an der Vorderseite des Kolbens 106 ausgebildet
ist, zum Leiten des Gases, das in den Saugkanal 112 eingeleitet
ist, in die Verdichtungskammer 102, und ein Saugventil 110,
das an der Vorderseite des Sauglochs 114 angebracht ist,
zum Öffnen
und Schließen
des Sauglochs 114.
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Eine
Seite des Saugventils 110 ist durch einen Bolzen an der
Vorderseite des Kolbens 106 befestigt oder darangeschweißt und als
eine Scheibe mit einer bestimmten elastischen Kraft ausgebildet.
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Das
Saugventil 110 beinhaltet einen Befestigungsabschnitt 120,
dessen Zentrum durch den Bolzen am Zentrum der Vorderseite des Kolbens 106 befestigt
oder darangeschweißt
ist, einen Schlitz 122, der in einer gekrümmten Linie
mit einer bestimmten Breite eingeschnitten ist, und einen Öffnungs-
und Schließabschnitt 126,
der an einer Seite des Saugventils 110 ausgebildet ist,
die durch den Schlitz 122 geteilt ist, und mit dem Saugloch 112 in
Kontakt seht.
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Der Öffnungs-
und Schließabschnitt 126 weist
eine bestimmte elastische Kraft auf, wenn er von einem Halsabschnitt 124 des
Schlitzes 122 aus geöffnet
wird.
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Der
Ablaßventilzusammenbau 108 beinhaltet
eine Ventilumkleidung 132, die an einer Vorderseite des
Zylinders 104 angebracht ist und ein Ablaßloch 130 zum
Ablassen eines Gases aufweist, ein Ablaßventil 134, das mit
der Vorderseite des Zylinders 104 in Kontakt steht und
einen Öffnungs-
und Schließvorgang
für das
Gas durchführt,
und eine Feder 136, die zwischen dem Ablaßventil 134 und
einer Innenwand der Ventilumkleidung 132 angeordnet ist und
dem Ablaßventil 134 eine
bestimmte elastische Kraft gibt.
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Bei
dem Saugventil des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik wird, wenn
der Kolben 106 durch einen Betrieb eines Antriebsgeräts (nicht
gezeigt) des Verdichters zum Leiten eines Gases in die Verdichtungskammer 102 zurückgezogen wird,
der Öffnungs- und Schließabschnitt 126 des Saugventils 110 aufgrund
des Drucks des Gases zum Öffnen
des Sauglochs 114 nach unten von der Vorderseite des Kolbens 106 getrennt,
so daß das Gas,
das in den Saugkanal 112 eingeleitet ist, in die Verdichtungskammer 102 geleitet
wird.
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In
diesem Stadium wird, wenn der Kolben 106 vorgeschoben wird,
um das Gas zu verdichten, der Schließabschnitt 126 aufgrund
seiner elastischen Kraft mit der Vorderseite des Kolbens 106 in
Kontakt gebracht, um das Saugloch 114 zu schließen, und wenn
der Kolben 106 weiter vorgeschoben wird, wird die elastische
Kraft der Feder 136 überwunden,
dadurch wird das Ablaßventil 134 von
der Vorderseite des Zylinders 104 getrennt, und das Gas,
das in der Verdichtungskammer 102 verdichtet wird, wird
nach außen
durch das Ablaßloch 130 abgelassen.
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Das
Saugventil des Kolbenverdichters gemäß der herkömmlichen Technik weist jedoch
eine dünne
flache Scheibe auf, und eine Seite davon ist eingeschnitten und
um den Halsabschnitt zentriert gekrümmt, wobei der Öffnungs-
und Schließabschnitt zum Öffnen und
Schließen
des Sauglochs gekrümmt ist.
Daher wirkt, wenn der Öffnungs-
und Schließabschnitt
von der Vorderseite des Kolbens getrennt wird, eine Belastung konzentriert
auf den Halsabschnitt ein. Dadurch kann, wenn der Öffnungs- und Schließabschnitt
kontinuierlich geöffnet
und geschlossen oder übermäßig geöffnet wird,
der Halsabschnitt Schaden nehmen.
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Zusätzlich zu
diesen Problemen wird, falls der Verdichter eine große Kapazität aufweist,
wenn eine Gasverdichtung groß ist,
der Bereich, in dem der Öffnungs-
und Schließabschnitt
geöffnet
wird, begrenzt, wodurch eine Effizienz des Verdichters herabgesetzt
ist.
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Zudem
ist, wie oben beschrieben, das Saugventil mit der Vorderseite des
Kolbens durch Verschweißen
oder Bolzen verkuppelt. Dadurch tritt im Falle des Befestigens mit
dem Bolzen ein Totvolumen innerhalb der Verdichtungskammer auf.
Im Falle des Verschweißens
indessen wird ein hoher Druck erzeugt, so daß der Befestigungsabschnitt
des Saugventils von der Vorderseite des Kolbens getrennt wird.
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Aus
der
DE 165 329 C ist
ein Saugventil eines Kolbenverdichters bekannt, bei dem ein Ringplattenventil
lösbar
am Ventilsitz des Kolbens angebracht ist und das Saugventil öffnet und
schließt. Eine
Halteeinrichtung, die sich von einer Rückseite der Ventilplatte des
Ringplattenventils aus erstreckt, ist in den Saugkanal eingefügt und weist
mehrere Führungsnute
auf, die mit am Kolben innenseitig befestigten Führungsstiften derart zusammenwirken, dass
das Ventil relativ zum Kolben hin- und herbewegbar ist.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Saugventil
eines Kolbenverdichters bereitzustellen, das in der Lage ist, ein
Totvolumen innerhalb einer Verdichtungskammer zu minimieren, indem
eine Ventilseite, die die Verdichtungskammer ausbildet, eben hergestellt
ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Saugventil
eines Kolbenverdichters bereitzustellen, das in der Lage ist, eine
bauliche Verkupplungsstärke
eines Ventils zu verstärken
und eine Betriebszuverlässigkeit
des Kolbenverdichters zu steigern.
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Zur
Erzielung dieser und anderer Vorteile ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Saugventil gemäß dem Anspruch
1 bereitgestellt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Saugventils sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Die
oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und
Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verstehen der Erfindung
bereitzustellen, und die in der Beschreibung enthalten sind und
ein Bestandteil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der
Erfindung zu erklären.
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1 ist
eine Teilschnittansicht eines Verdichters, der ein Saugventil gemäß einer
herkömmlichen
Technik aufweist;
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2 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Saugventils
gemäß der herkömmlichen
Technik;
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3 ist
eine Vorderansicht des Saugventils gemäß der herkömmlichen Technik;
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4 ist
eine Teilschnittansicht eines Verdichters, der ein Saugventil gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ventilkörpers des Saugventils gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
eine Schnittansicht entlang Linie VI-VI von 4;
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7 ist
eine Teilschnittansicht eines Saugventils gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ist
eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Saugventils gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft
dargestellt sind.
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Es
kann mehrere Ausführungsformen
eines Saugventils eines Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung
geben, von denen im folgenden die am meisten bevorzugte beschrieben
wird.
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4 ist
eine Teilschnittansicht eines Verdichters, der ein Saugventil gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Der
Verdichter der vorliegenden Erfindung beinhaltet: einen Zylinder 4,
der an einem Verdichtergehäuse
(nicht gezeigt) befestigt ist und eine Verdichtungskammer 2 ausbildet;
einen Kolben 6, der linear beweglich innerhalb des Zylinders 4 befestigt ist,
ein Fluid verdichtet und einen Saugkanal 8 ausbildet; ein
Saugventil 10, das an einer Vorderseite des Kolbens 6 eingerichtet
ist, ein Gas in eine Verdichtungskammer 2 leitet, wenn
der Kolben zurückgezogen
wird, und verhindert, daß das
Gas in der Verdichtungskammer 2 zurückfließt, wenn der Kolben 6 vorgeschoben
wird; und einen Ablaßventilzusammenbau 12,
der an einer Vorderseite des Zylinders 4 angebracht ist
und das Gas abläßt, wenn
ein Verdichtungsdruck über
einem vorgegebenen Wert ist.
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Der
Kolben 6 beinhaltet den Saugkanal 8 zum Ansaugen
eines Gases, der an der inneren umfänglichen Seite des Kolbens
in einer Längsrichtung ausgebildet
ist, einen Ventilsitz 14, der an der Vorderseite davon
ausgebildet ist, um mit einem Saugventilkörper 16 in Kontakt
zu kommen, und einen Kolbenflansch 15, der an einer Rückseite
des Kolbens 6 ausgebildet ist und mit einem Antriebsgerät (nicht
gezeigt) verbunden ist.
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Das
Saugventil 10 beinhaltet einen Ventilkörper 16, der linear
beweglich an der Vorderseite des Kolbens 6 eingefügt ist und
mit dem Ventilsitz 14 des Kolbens 6 zum Öffnen und
Schließen
des Saugkanals 8 in Kontakt steht, und einen Führungsstift 18, der
mit dem Ventilkörper 16 und
dem Kolben 6 verbunden ist und verhindert, daß sich der
Ventilkörper 16 vom
Kolben 6 löst.
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Wie
in 5 gezeigt, beinhaltet der Ventilkörper 16 eine
Ventilplatte 20, die mit dem Ventilsitz 14 in
Kontakt steht oder davon getrennt ist, um den Saugkanal 8 zu
schließen
oder zu öffnen,
eine Halteschiene bzw. Haltestange 22, die sich mit einer
bestimmten Länge
vom Zentrum der Ventilplatte 20 aus erstreckt und einen
Durchmesser aufweist, der kleiner als der des Saugkanals 8 ist,
und Ventilführungen 26,
die sich radial von einer äußeren umfänglichen Seite
der Haltestange 22 aus erstrecken und mit einer inneren
umfänglichen
Seite des Kolbens 6 in Kontakt stehen, um eine lineare
Bewegung des Ventilkörpers 16 zu
halten. Führungsnute 24 sind
an der Haltestange 22 ausgebildet, in die die Führungsstifte 18 eingefügt und eingeschoben
werden.
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Die
Ventilplatte 20 ist als Scheibe mit einem Durchmesser ausgebildet,
der größer als
ein Innendurchmesser des Kolbens 6 und kleiner als ein
Innendurchmesser des Zylinders 4 ist. Eine Rückseite der
Ventilplatte 20 kommt in Kontakt mit dem Ventilsitz 14 und
trennt sich vom Ventilsitz 14, um den Saugkanal 8 zu
schließen
und zu öffnen,
und eine Vorderseite der Ventilplatte 20 bildet einen Abschnitt der
Verdichtungskammer 2.
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Eine
Seite einer jeden Ventilführung 26 ist
an einer Rückseite
der Ventilplatte 20 angebracht. Die Ventilführungen
erstrecken sich in regelmäßigen Abständen von
der äußeren umfänglichen
Seite der Haltestange 22, so daß eine jede Außenseite
der Ventilführungen 26 in
Kontakt mit der inneren umfänglichen
Seite des Kolbens 6 steht, um eine lineare Bewegung des
Ventilkörpers 16 zu
halten und die Ventilplatte 20 zu verstärken.
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Vorzugsweise
sind drei Ventilführungen 26 einstückig ausgebildet,
die sich in Zwischenräumen von
120° von
der äußeren umfänglichen
Seite der Halteschiene 22 aus erstrecken.
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Mehrere
Führungsnute 24 sind
in regelmäßigen Abständen in
der umfänglichen
Richtung der Haltestange 22 ausgebildet und weisen eine
bestimmte Länge
auf, um einen Öffnungsgrad
der Ventilplatte 20 in einer axialen Richtung der Haltestange 22 geeignet
zu erhalten.
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Wie
in 6 gezeigt, sind die einen Enden der Führungsstifte 18 jeweils
in Löchern 30 eingepresst,
die in regelmäßigen Abständen in
einer umfänglichen
Richtung des Kolbens 6 ausgebildet sind, und die anderen
Enden der Führungsstifte
sind gleitbar in die Führungsnute 24 eingefügt, um einen Öffnungsgrad
des Trägheitsventils 16 zu
begrenzen.
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Vorzugsweise
sind drei Führungsnute 24 in Abständen von
120° in
der umfänglichen
Richtung der Haltestange 22 ausgebildet, und dementsprechend
sind auch drei Führungsstifte 18 ausgebildet.
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Der
Ablaßventilzusammenbau 12 beinhaltet eine
Ventilumkleidung 34, die an einer Vorderseite des Zylinders 4 ausgebildet
ist und ein Ablaßloch 32 zum Ablassen
eines Fluids aufweist, das auf einer Seite davon ausgebildet ist,
ein Ablaßventil 38,
das in die Ventilumkleidung 34 eingefügt ist und mit der Vorderseite
des Zylinders eng in Kontakt steht, um einen Abschnitt der Verdichtungskammer 2 auszubilden, und
eine Ventilfeder 36, die zwischen einer Seite des Ablaßventils 38 und
der Innenwand der Ventilumkleidung 34 eingefügt ist und
dem Ablaßventil 38 eine bestimmte
elastische Kraft gibt.
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Das
heißt,
daß im
Ablaßventilzusammenbau 12,
wenn der Druck der Verdichtungskammer 2 über einer
vorgegebenen Höhe
ist, das Ablaßventil 38 die elastische
Kraft der Ventilfeder 36 überwindet, so daß das Fluid,
das in der Verdichtungskammer 2 verdichtet wird, durch
das Ablaßloch 32 nach
außen
abgelassen wird.
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7 ist
eine Teilschnittansicht eines Saugventils gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 7 gezeigt, weist es die gleiche Bauweise wie das
Saugventil in der vorhergehenden Ausführungsform auf, unter Ausnahme
einer Änderung
in der Bauweise der Ventilplatte und des Ventilsitzes am Kolben.
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Die
Ventilplatte 40 ist nämlich
gemäß der anderen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß ihr Randabschnitt einen bestimmten
Neigungswinkel aufweist und der Ventilsitz 42 eine geneigte
Seite mit demselben Neigungswinkel der Ventilplatte 40 aufweist.
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In
dieser Hinsicht ist eine Kontaktfläche zwischen dem Ventilsitz 42 und
der Ventilplatte 40 vorzugsweise so klein wie möglich ausgebildet,
um eine Verzögerung
beim Öffnen
des Saugventils durch das GaS zu verhindern.
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Der
Betrieb des Saugventils eines Kolbenverdichters, der wie oben beschrieben
gebaut ist, wird nun beschrieben.
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8 ist
eine Ansicht, die einen Betriebszustand des Saugventils gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Zunächst wird,
wenn eine Antriebskraft des Antriebsgeräts (nicht gezeigt) durch einen
Kolbenflansch 15 auf den Kolben 6 übertragen
wird, der Kolben 6 zurückgezogen,
und der Ventilkörper 16 wird aufgrund
der Druckdifferenz zwischen dem Gas und einer Trägerheitskraft relativ zum Kolben 6 nach
vorne bewegt, und dementsprechend wird die Ventilplatte 20 vom
Ventilsitz 14 des Kolbens getrennt, um den Saugkanal 8 zu öffnen, so
daß das
Gas, das in den Saugkanal 8 eingeleitet ist, in die Verdichtungskammer 2 geleitet
wird.
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Dabei
wird die Bewegung des Ventilkörpers 16 durch
die Führungsstifte 18 begrenzt,
so daß sein Öffnungsgrad
begrenzt ist. Das heißt,
wenn der Ventilkörper 16 nach
vorne bewegt wird, werden die Führungsstifte 18,
die am Kolben 6 befestigt sind, in den Führungsnuten 24 relativ
entlangbewegt, und zu dem Zeitpunkt, an dem der Öffnungsgrad der Ventilplatte 20 maximal
ist, werden die Führungsstifte 18 am
Endabschnitt der Führungsnuten 24 anschlagen,
wodurch sie den Öffnungsgrad
der Ventilplatte 20 begrenzen.
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In
diesem Stadium wird der Antriebsmechanismus vorwärts betrieben, und der Kolben 6 wird nach
vorne geschoben, um einen Druck auf das Fluid auszuüben, das
in die Verdichtungskammer 2 eingeflossen ist, und wenn
der Druck in der Verdichtungskammer 2 über eine bestimmte Höhe hinausgeht, wird
das Ablaßventil
unter Überwindung
der elastischen Kraft der Ventilfeder 36 von der Vorderseite des
Zylinders 4 zurückgezogen.
Dann wird das Fluid, das in der Verdichtungskammer 2 verdichtet
wird, durch das Ablaßloch 32,
das in der Ventilumkleidung 34 ausgebildet ist, nach außen abgelassen.
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Dabei
wird, wenn der Ventilkörper 16 aufgrund
des Drucks in der Verdichtungskammer 2 zurückgezogen
wird, die Ventilplatte 20 eng mit dem Ventilsitz 14 des
Kolbens 6 in Kontakt gebracht, wobei verhindert wird, daß das Fluid,
das in die Verdichtungskammer 2 gefüllt ist, zurück in den
Saugkanal 8 fließt.
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In
diesem Falle wird, wenn der Ventilkörper 16 vorgeschoben
oder zurückgezogen
wird, da die Ventilführungen 26 den
Ventilkörper 16 dadurch,
daß er
entlang der Innenwandseite des Kolbens 6 geschoben wird,
führen,
das Auftreten eines Kippmoments am Ventilkörper 16 verhindert,
und der Ventilkörper 16 kann
präzise
vorgeschoben und zurückgezogen
werden. Außerdem
kann, da eine Seite der Ventilführungen 26 einstückig an
der unteren Oberfläche
der Ventilplatte 20 ausgebildet ist, die Festigkeit der
Ventilplatte 20 verstärkt
werden.
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Wie
insoweit beschrieben, weist das Saugventil eines Kolbenverdichters
der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf.
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Da
die vordere Oberfläche
der Ventilplatte des Ventilkörpers,
die am Ventilsitz des Kolbens angeordnet ist, flach ausgebildet
ist, kann ein Totvolumen innerhalb der Verdichtungskammer minimiert werden.
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Außerdem kann
der Ventilkörper,
da die Ventilführungen
auf der äußeren umfänglichen
Seite der Haltestange des Ventilkörpers ausgebildet sind, bei seiner
Bewegung gehalten werden, so daß das
Auftreten eines Kippmoments verhindert werden kann. Außerdem kann
es, da die Ventilführungen
an der Rückseite
der Ventilplatte angebracht sind, dazu dienen, die Ventilplatte
zu verstärken.
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Außerdem können die
Führungsstifte,
da sie in regelmäßigen Abständen auf
der äußeren umfänglichen
Seite der Haltestange eingefügt
sind, einem Aufschlag standhalten, der verursacht wird, wenn das
Saugventil geöffnet
und geschlossen wird, so daß verhindert
werden kann, daß das
Ventil Schaden nimmt.