DE1960337B2 - Saug- und druckventil fuer kolben- oder membranverdichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Saug- und Druckventil für Kolben- oder Membranverdichter mit je einem kreisringförmigen Saug- und Druckventilverschlußstück, die konzentrisch in einer Ebene ineinanderliegen, deren benachbarte Ränder durch besondere Mittel miteinander verbunden sind und die im Bereich der Verbindungsmittel zwischen dem Verdichterzylinder oder einem Zwischenring und dem Zylinderkopf eingespannt sind und deren zu beiden Seiten des Einspannbereiches liegende Ringzonen zwischen konzentrisch in einer Ebene am Zylinderkopf sowie am Zylinder bzw. am Zwischenring angeordneten kreisringförmigen Ventilsitzflächen und gegenüber den Ventilsitzflächen geneigten Hubbegrenzungsflächen elastisch nachgiebig bewegbar sind.

Bei einem bekannten Saug- und Druckventil dieser Art (JA-GM 17 487/65) sind die beiden ringförmigen Ventilverschlußstücke jeweils über mehrere gewellte, mit Abstand voneinander angeordnete Radialstege mit dem Einspannbereich verbunden. Dieses Saug- und Druckventil besitzt bei Einsatz in schnellaufenden

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60 Verdichtern eine vergleichsweise kurze Lebensdau^ da es im Bereich der Radiaktege sehr leicht einrejfit Das ist vermutlich auf ungleichmäßige Beanspruchung bei den im Betrieb auftretenden hohen Temperature^ zurückzuführen. Infolge der sehr labilen Verbindungder Ventilverschlußstücke mit dem Einspannbereich besteht außerdem die Neigung zu ordnungsgemäßer Öffnungsund Schließbewegung unterbindenden Flatterbewegungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie auch bei Verwendung in schnellaufenden Verdichtern eine hohe Lebensdauer des Ventils erreicht werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die beiden ringförmigen Ventilverschlußstücke zusammen mit dem dazwischenliegenden Einspannbereich als einstückiger, geschlossener Kreisring ausgeführt sind.

Die hierdurch erreichten Vorteile bestehen darin, daß das Ventil einerseits infolge seiner einfachen geometrischen Form sehr leicht herstellbar ist und andererseits auch bei Einsatz in schnellaufenden Verdichtern eine sehr hohe Lebensdauer aufweist, weil die ringförmigen Ventilverschlußstücke längs einer geschlossenen kreisringförmigen Biegelinie gebogen werden und daher längs des Umfanges überall gleichmäßig beansprucht wurden. Durch geeignete Wahl des Materials und der Abmessungen des Kreisringes kann stets erreicht werden, daß die Ventilverschlußstücke unter dem Einfluß des Arbeitsmediumdruckes elastisch nachgiebig bewegbar sind.

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. So sind nach einer bevorzugten, das Ventil besonders schonenden Ausführungsform die Ventilsitzflächen und/oder die Kubbegrenzungsflächen schwach konisch ausgebildet Letztere können aber auch allmählich gekrümmt verlaufend ausgebildet sein. Um das Ventil von funktionsbehindernden Ablagerungen freizuhalten, empfiehlt die Erfindung, neben dem Einspannbereich des Kreisringes in den Hubbegrenzungsflächen jeweils eine in sich geschlossene Ringnut anzuordnen. Eine weitere bevorzugte, einfach herstellbare Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinder oder dem Zwischenring zugeordneten Ventilsitzflächen und daran anschließenden Hubbegrenzungsflächen von als Radialschlitzen ausgeführten Auslaß- oder Einlaßkanälen durchbrochen sind.

im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch das Oberteil eines Zylinders mit in Seitenansicht dargestelltem Kolben eines Kolbenverdichters,

Fig.2 einen Ausschnitt aus dem Zylinderkopf in Blickrichtung der Pfeile 2-2 aus F i g. 1,

Fig.3 eine Teilansicht des Ventilkreisringes aus Fig. t.

F i g. 4 eine Teilansicht des Zylinders aus F i g. 1 in Blickrichtung der Pfeile 4-4,

Fig.5 einen Axialschnitt durch das Oberteil eines Zylinders mit in Seitenansicht dargestelltem Kolben eines anderen Kolbenverdichters,

Fig.6 einen Axialschnitt durch das Oberteil eines Zylinders eines Membranverdichters mit erfindungsgemäßer Ventilanordnung,

Fig.7 einen Axialschnitt durch das Mittelteil eines Doppelkolbenverdichters mit in Seitenansicht dargestellten Kolben und erfindungsgemäßen Ventilanordnungen,

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F i g. 8 ein Detail im Axialschnitt einer abgewandelten Ventilanordnung eines Verdichters gemäß F i g. 1 und

F i g. 9 einen der F i g. S entsprechenden Schnitt durch eine Abwandlung der Ventilanordnung für einen der Fig. 6 entsprechenden Verdichter.

Bei den dargestellten Verdichtern handelt es sich um sogenannte Kolben- bzw. Membranverdichter mit einem Kolben bzw. einer Membran, weJsher bzw. welch*; durch einen Kurbelmechanisuius, einen Nockenmechanismus, einen Exzenter, einen durch Verbren- nungsgase betätigten Kolben, einen Hydraulikmotor, einen Solenoid od. dgl. hin- und herbewegt werden kann. Die Art und Weise, wie das hin- und hergehende Teil angetrieben wird, bildet keinen Teil der Erfindung und ist daher weder beschrieben noch dargestellt

Der in Fig. 1 dargestellte Kolbenverdichter besteht zunächst aus einem Zylinder IO mit einer zylindrischen Bohrung 11. deren Ende durch einen Zylinderkopf 12 verschlossen ist Der Zylinder 10 und der Zylinderkopf 12 können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff, beispielsweise Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Gußeisen bestehen. In der Bohrung 11 ist ein hin- und hergehender Kolben 13 gleitend angeordnet und bildet zusammen mit der Bohrung 11 und dem Zylinderkopf 12 eine Arbeitskammer 14, in welcher Luft oder ein anderes Arbeitsmedium durch die Kolbenarbeit verdichtet wird. Eine Anzahl kleiner Bohrungen 15 ist kreisringförmig im Zylinderkopf 12 angeordnet und durch eine kreisringförmige Nut 16 untereinander verbunden. Die Bohrungen 15 bilden zusammen mit dieser Nut 16 Einlaßkanäle zur Arbeitskammer 14 für das Arbeitsmedium. Die Nut 16 mündet an der Unterseite des Zylinderkopfes 12 in einer kreisringförmigen Ventilsitzfläche 17 für ein Saugventil. Der Zylinderkopf 12 besitzt außerdem eine Ringnut 18, weiche tief in den Werkstoff des Zylinderkopfes hineingeht und die Bohrungen 15 umgibt und dadurch eine Barriere gegenüber dem Wärmefluß von einem Außenteil 19 des Zylinderkopfes 12 zum Mittelteil desselben, in welchem die Einlaßkanäle ausgebildet sind, bildet Das Außenteil 19 ist an einem Flansch 38 am oberen Ende des Zylinders 10 vermittels mehrerer Schraubbolzen 20 festgeschraubt In dem Außenteil 19 ist eine Ringleitung 21 ausgebildet, an welche eine Druckleitung bei 22 angeschlossen we-den kann. An der Unterseite des Außenteiles 19 ist eine schwach konische kreisringförmige Fläche als Hubbegrenzungsfläche 23 für ein Druckventil vorgesehen. Die Oberkante des Zylinders 10 hat neben der Bohrung 11 eine schwach konische Ringfläche als Hubbegrenzungsfläche 24 für das Saugventil und eine äußere kreisringförmige Fläche als Ventilsitzfläche 25 für das Druckventil. Die Flächen 17 sowie 23 am Zylinderkopf 12 und die Flächen 24 sowie 25 am Zylinder 10 sind jeweils durch eine Ringfläche 26 bzw. 27 voneinander getrennt Die Flächen 24, 25 und 27 sind durch Radialschlitze 28 durchbrochen. Zwischen den Ringflächen 26 und 27 des Zylinderkopfes 12 und des Zylinders 10 ist ein dünner Ventilkreisring 29 so eingespannt, daß ein kreisringförmiger Einspannbereich 30 den Ventilkreisring 29 in ein uo inneres kreisringförmiges Ventilverschlußstück 31 als Saugventil und ein äußeres kreisringförmiges Ventilverschlußstück 32 als Auslaßventil teilt Der Ventilkreisring 29 besteht aus einer Stahlscheibe mit einer Stärke zwischen 0,1 und 0,2 mm, welche nachgiebig und unter der Einwirkung des Druckes des Arbeitsmediums auf die Ventilverschlußstücke 31 und 32 verbiegbar ist, so daß sich diese Ventilverschlußstücke von den Ventilsitzflächen 17 bzw. 25 zu den Hubbegrenzungsflächen 24 bzw. 23 bewegen können, wenn während des Betriebes des Verdichters der Arbeitsmediumdruck auf sie einwirkt Unmittelbar an der Außenseite der Ringfläche 26 ist im Zylinderkopf 12 eine schmale Ringnut 33 ausgebildet, eine gleichartige schmale Ringnut 34 ist im Zylinder 10 unmittelbar neben der Ringfläche 27 ausgebildet Die besondere Bedeutung dieser Ringnuten 33, 34 besteht darin, daß durch sie das Ventil und die Hubbegrenzungsflächen 23, 24 von Ablagerungen freigehalten werden, welche die einwandfreie Funktion des Ventils behindern könnten. Bei infolge einer Abwärtsbewegung des Kolbens 13 in der Arbeitskammer 14 erzeugtem Unterdruck biegt sich das Saugventilverschlußstöck 31 nachgiebig von der Ventilsitzfläche 17 zur Hubbegrenzungsfläche 24 hin, so daß das Arbeitsmedium durch die Bohrungen 15 und die Nut 16 einströmen kann. Beim Aufwärtshub des Kolbens 13 schließt das Saugventil die Einlaßkanäle, da das Saugventilverschlußstück 31 sich auf die Nut 16 legt und mit dem Zylinderkopf 12 längs einer schmalen Ringfläche 35 des Ventilkreisringes 29 eine Dichtung bildet Wenn der Druck in der Arbeitskammer 14 einen bestimmten Wert erreicht hat öffnet das Druckventilverschlußstück 32, und das verdichtete Arbeitsmedium kann durch die Radialschlitze 28 in die Ringleitung 21 entweichen, und aus dieser in die bei 22 angeschlossene Druckleitung. Das Druckventilverschlußstück bildet normalerweise eine Dichtung mit der Oberkante des Zylinders 10 längs einer kreisringförmigen Fläche 36 des Ventilkreisringes 29. Die Radialschlitze 28 und der Zwischenraum zwischen der konischen Hubbegrenzungsfläche 24 und dem Saugventilverschlußstück 31 bilden zusammen mit einem geringen Raum zwischen dem Boden des Kolbens 13 und dem Zylinderkopf 12 den Verdichtungsraum des Verdichters. Dieser Verdichtungsraum kann beim beschriebenen Verdichter sehr klein sein; hierdurch ist es beispielsweise möglich, ein Arbeitsmedium, wie Luft, auf 10 bis 18 Atmosphären über Atmosphärendruck in einer einzigen Verdichtungsstufe zu verdichten. Zwischen der Oberkante des Zylinders 10 und dem Zylinderkopf 12 ist außerhalb der Schraubbolzen 20 ein dünner Metallring oder eine Packung 37 vorgesehen, welche die gleiche Stärke wie der Ventilkreisring 29 besitzt Die beschriebene Ventilanordnung hat sich in langen Betriebsprüfungen als äußerst wirkungsvoll erwiesen und erlaubt wesentlich höhere Drehzahlen, als dies bisher bei Kolbenverdichtern praktisch durchführbar war. Die Ventilanordnung hat durchaus zufriedenstellend bei 3000 und 6000 U/min des Verdichters gearbeitet.

F1 g. 5 zeigt eine Abwandlung des in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Verdichters, die der F i g. 1 entsprechenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals beschrieben. Der Zylinder 10 besitzt hier einen Radialflansch 38 mit einer Anzahl von Kühlluftoffnungen 39. Die Hubbegrenzungsfläche 24 und die Ventilsitzfläche 25 sind hierbei auf einem besonderen Zwischenring 40 ausgebildet, welcher auch die Radialschlitze 28 und an seiner Unterseite, die an der Oberkante des Radialflansches 38 anliegt, mehrere Kanäle 41 aufweist die mit den Kühlluftöffnungen 39 in Verbindung stehen, so daß Kühlluft an der Unterseite des Zwischenringes 40 entlangströmen kann, um dieses Teil und das vom Verdichter abgegebene Arbeitsmedium zu kühlen. Außerdem ist ein Membranbalg 42 vorgesehen, welcher mit einem kreisringförmigen Ansatz 43 in die Nut 16 zum Saugventilverschlußstück

31 hinragt Dieser Membranbalg 42 ist über eine Leitung 44 mit einer Druckmittelleitung verbunden, welche vermittels eines Entlastungsventils gesteuert mit einem Druckmittel gespeist werden kana Wenn durch die Leitung 44 dem Balg 42 das Druckmittel zugeführt wird, drückt der Ansatz 43 das Saugventilverschlußstück 31 nach unten gegen die Hubbegrenzungsfläche 24 und hält das Saugventil offen, so daß der Verdichter entlastet wird. Dieser Membranbalg 42 ist in einem Ringraum 45 im Zylinderkopf 12 angeordnet und an der Oberkante dieses Ringraumes 45 befestigt Der Ventilkreisring 29 ist im übrigen in der gleichen Weise wie bei F i g. 1 ausgebildet

Bei der Ausbildung nach Fig.6 besteht das Verdichtungsorgan aus einer Membran 46 aus Gummi oder einem anderen geeigneten Werkstoff, welche zwischen einer Scheibe 47 und einem Pilzkolben 48 vermittels einer Schraube 49 eingeklemmt ist. Die Membran 46 ist außerdem zwischen einem Zwischenring 50 und dem Radialflansch 38 des Zylinders 10 eingeklemmt Dieser Zwischenring 50 und die Membran 46 sind zwischen dem Zylinderkopf 12 und dem Radialflansch 38 mittels nicht dargestellter Schrauben fixiert. Bei dieser Ausführung sind die Bohrungen 15 und die Ringnut 16 dicht an der Außenkante des Zylinderkopfes 12 vorgesehen. Der Ventilkreisring 29 weist ein Saugventilverschlußstück 51 und ein Druckventilverschlußstück 52 auf, wobei das Einlaßventil in gleicher Weise wie in F i g. 1 vom Außenabschnitt des Ventilkreisringes 29 gebildet ist welcher mit einem Einspannbereich 53 zwischen dem Zylinderkopf 12 und einer in eine Vertiefung 54 des Zwischenringes 50 eingesetzten Ringscheibe 70 festgehalten wird. Die Ringscheibe 70 besitzt eine Anzahl von Radialschlitzen 55 an ihrer Unterseite, welche, bevor sie die Außenkante der Ringscheibe 70 erreichen, die schwach konische Hubbegrenzungsfläche 56 des Saugvemilverschlußstükkes 51 durchsetzen. Wenn das Saugventilverschlußstück 51 öffnet wird infolgedessen ein Durchlaß von den Bohrungen 15 durch die Nut 16, den Außenteil der Vertiefung 54 und die Radialschlitze 55 zur Arbeitskammer 14 freigegeben. Der Zylinderkopf 12 besitzt eine leicht konische Fläche als Hubbegrenzungsfläche 57 für das Druckventilverschlußstück 52. Die Ventilsitzfläche des Saugventilverschlußstückes 51 befindet sich am Zylinderkopf 12 und die Ventilsitzfläche für das Druckventilverschlußstück 52 an der Ringscheibe 70. Die Dichtflächen des Ventilkreisringes 29 für das Saugventil und das Druckventil sind bei 35 bzw. 36 angedeutet Ein Zentralteil 58 des Zylinderkopfes 12 weist Auslaßkanäle 59 auf, welche mit der Druckleitung bei 22 in Verbindung stehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig.7 besitzt der Verdichter zwei Zylinder i0 sowie zwei, in den

ίο Bohrungen U dieser beiden Zylinder 10 gegenläufig hin- und herbewegbaren Kolben 13. Die beiden Zylinder 10 besitzen Radialflansche 38 und 60, welche durch Schrauben 20 verbunden sind. Zwischen den Radialflanschen 38 und 60 ist eine Platte 61 eingesetzt, welche an ihrer Ober- und Unterseite Radialschlitze 28 entsprechend denen im Flansch 38 in Fig.3 aufweist, die normalerweise mit der Arbeitskammer 14 zwischen den beiden Kolben 13 in Verbindung stehen. Zwei Ventilkreisringe 29 sind zwischen der Platte 61 und den Radialflanschen 38 und 60 eingespannt Eine Anzahl von Einlaßkanälen 62 in den beiden Zylindern 10 stehen mit einer Ringnut 63 in den Zylindern 10 in Verbindung, welche in Schließlage der Ventilkreisringe 29 von diesen abgedeckt werden. Durch diese Ausbildung ergibt sich

ein Doppelkolben-Verdichter mit sehr kleinem Verdichtungsraum im Verhältnis zum Hubraum des Verdichters. F i g. 8 zeigt eine Teilansicht einer Abwandlung der Ventilanordnung gemäß Fig. 1. wobei der Ventilkreisring 29 zwischen schwach konischen Ringflächen 66 und 67 eingespannt ist so daß der Ventilkreisring 29 beim Einspannen eine leicht konische Verformung erhält und mit seinen Ventilverschlußstücken 31 und 32 in Schließlage auf den leicht konischen Ventilsitzflächen 64 bzw. 65 aufruht Die konischen Ringflächen 66 und 67 entsprechen den Ringflächen 26 und 27 in Fig. 1. Die Ventilverschlußstücke 31 und 32 werden in der gleichen Weise wie in F i g. 1 durch den Einspannbereich 30 getrennt welcher dichtend zwischen den konischen Ringflächen 66 und 67 eingeklemmt ist Die in F i g. 9

dargestellte Abwandhing der Ventilanordnung unterscheidet sich von der Ausbildung nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß die Hubbegrenzungsflächen 68 und 69 für die Ventilverschlußstücke 31 und 32 als konvex gekrümmte Rächen ausgebildet sind, über welche die Ventilverschlußstücke gebogen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Saug- und Druckventil für Kolben- oder Membranverdichter mit je einem kreisringförmigen S Saug- und Druckventilverschlußstück, die konzentrisch in einer Ebene ineinanderliegen, deren benachbarte Ränder durch besondere Mittel miteinander verbunden sind und die im Bereich der Verbindungsmittel zwischen dem Verdichterzylinder oder einem Zwischenring und dem Zylinderkopf eingespannt sind und deren zu beiden Seiten des Einspannbereiches liegende Ringzonen zwischen konzentrisch in einer Ebene am Zylinderkopf sowie am Zylinder bzw. am Zwischenring angeordneten kreisringförmigen Ventilsitzflächen und gegenüber den Ventilsitzflächen geneigten Hubbegrenzungsflächen elastisch nachgiebig bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ringförmigen Ventiiverschlußstücke (31,32; 51,52) zusammen mit dem dazwischenliegenden Einspannbereich (30; 53) als einstöckiger, geschlossener Kreisring (29) ausgeführt sind.

2. Saug- und Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitzflächen (64, 65) and/oder die Hubbegrenzungsflächen (23, 24; 56,57) schwach konisch ausgebildet sind.

3. Saug- und Druckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbegrenzungsflächen (68, 69) allmählich gekrümmt verlaufend ausgebildet sind.

4. Saug- und Druckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Einspannbereich (30; 53) des Kreisringes (29) in den Hubbegrenzungsflächen (23, 24; 56, 57) jeweils eine in sich geschlossene Ringnut (33, 34) angeordnet ist

5. Saug- und Druckventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zylinder (10,11,38) oder dem Zwischenring (40, 50, 70) zugeordneten Ventilsitzflächen (25, 36, 65) und daran anschließenden Hubbegrenzungsflächen (24,56) von als Radialschlitzen (28,55) ausgeführten Auslaß- oder Einlaßkanälen durchbrochen sind.

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