DE2700521A1

DE2700521A1 - Druckventil eines rotationskolbenverdichters

Info

Publication number: DE2700521A1
Application number: DE19772700521
Authority: DE
Inventors: Dankwart Eiermann
Original assignee: Wankel GmbH; Borsig GmbH
Current assignee: Wankel GmbH; Borsig GmbH
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1977-01-07
Publication date: 1978-07-13
Also published as: DE2700521C2; JPS5938439B2; US4149834A; GB1581292A; JPS53111513A

Description

HUBERT FREIHERR VON WELSER

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7. Januar 1977

Beschreibung der Erfindung

Druckventil eines Rotationskolbenverdichters

Anmelder;

Borsig GmbH
Berliner Str. 19-37 1000 Berlin 27

Wankel GmbH

Alt Picheisdorf 35a 1000 Berlin 20

Die Erfindung betrifft ein Druckventil eines Rotationskolbenverdichters, das in eine achsparallele Durchbrechung von dessen Gehäusemantel eingesetzt ist.

Derartige Ventile steuern den Auslaß des Mediums aus dem sich verdichtenden Arbeitsraum. Sie werden von dem Druck des bereits verdichteten ausgeschobenen Mediums geschlossen

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und öffnen sich erst, wenn der Gegendruck dieses Mediums von dem in der Arbeitskammer ansteigenden Druck erreicht oder überstiegen wird.

Ein solches Ventil sollte den folgenden Bedingungen genügen:

1. Anordnung des Ventilsitzes so nahe wie möglich an der Gehäuseinnenwandung, um einen möglichst geringen Todraum im Zugang zum Ventil zu erhalten.

2. Anordnung des Ventils in einem Umfangsauslaß im Gehäusemantel, um die Strömungsverluste zu vermeiden, die seine Lage in der Seitenwandung erfordern würde.

3. Erstreckung der Ventilöffnung über die gesamte Laufbahnbreite, um günstige Strömungsverhältnisse zu erzielen.

4. Möglichst geringe Schwächung des Gehäusemantels durch den für das Ventil notwendigen Durchbruch und möglichst geringe Behinderung der Gehäusekühlung durch die Ventilanordnung.

5. Leichte Zugänglichkeit und Montierbarkeit des Ventils.

Mit CH-PS 181 039 wurde ein Ventil für einen Kompressor der Flügelzellenbauweise mit kreisförmiger Mantellaufbahn beschrieben, das seitlich in eine verhältnismäßig

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große achsparallele Bohrung im Gehäusemantel eingeschoben ist. Zwar sind hierbei die Bedingungen zu oben 2. und 3. erfüllt, da der Ventilsitz jedoch nahe der Ebene der achsialen Mitte der Bohrung liegt, ergibt sich ein großer Todraum. Infolge der Größe der Bohrung ergibt sich eine Schwächung des Gehäuses gerade im Bereich höchsten Druckes und eine Einschränkung des Raumes für nahe dem Arbeitsraum liegende Kühlrippen im Bereich der größten Wärmebelastung. Die Montage oder der Austausch dieses Ventils ist ferner nur möglich, wenn mindestens eine Seitenwandung der Maschine entfernt ist, was einen so erheblichen Aufwand bedeutet, daß die vorgenannte wesentliche Bedingung zu 5. nicht erfüllt ist.

Mit DT-OS 2 002 076 und DT-OS 2 403 775 wurden Ventile vorgeschlagen, die ebenfalls seitlich in Durchbrüche im Gehäusemantel eingeschoben sind, deren Achse parallel zu der der Maschine verläuft. Die Todraumbildung ist zwar hier so weit wie möglich vermieden und es ist auch ein großer strömungstechnisch günstiger Ventilquerschnitt möglich. Durch die der Mantellaufbahn sehr nahe liegende Ventilsitzebene ergibt sich jedoch eine Schwächung des Gehäusemantels. Vorallem ist, wie bei dem Gegenstand der vorgenannten CH-PS, die Montierbarkeit dieses Ventils nur bei abgenommener Seitenwandung möglich, was ohne Ausbau des Kompressors selbst meist nicht durchführbar sein wird.

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- ir -

Derartige bekannte Ventile sind Zungen- oder Lamellenventile, die durchweg den hohen Schwingungsbeanspruchungen und schnellen Bewegungsabläufen bei Rotationskolbenkompressoren mit mehr als 3000 Umdrehungen in der Minute auf die Dauer nicht gewachsen sind. Die auftretenden Brüche der Zungen oder Lamellen können, wenn deren Bruchstücke in die Arbeitsräume des Kompressors fallen, zu schweren Schäden an dem Dichtsystem führen. Vorallem tritt bei dem Aufschlagen der Ventilblätter am Hubfänger der sogenannte Peitscheneffekt auf, der zu so hohen Beschleunigungen führt, daß Teile der Ventilblätter abgerissen werden. Ungünstig wirkt sich vorallem aus, daß bei derartigen Ventilen die wesentliche Verbiegung der Zungen oder Lamellen auf verhältnismäßig kleine, den Befestigungsstellen nahe Abschnitte beschränkt ist und nicht auf die ganze ohnehin nicht große Länge der Zunge oder Lamelle verteilt werden kann, so daß Ermüdungsbrüche eintreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und alle vorgenannten Bedingungen zu erfüllen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Ventil kann ohne Schwierigkeit von außen in das Maschinengehäuse eingeschoben und von außen verschraubt werden, so daß es sich bei Störungen leicht auswechseln läßt. Es ist zudem durch einfaches Ineinanderstecken der einzelnen Teile leicht zusammenzubauen. Die Herstellung seiner Einzelteile erfordert keinen besonderen fabrikatorischen Aufwand.

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Durch die kreisbogenförmig gekrümmte Fläche des Ventilsitzes kann die Durchbrechung des Mantels durch die das Ventil aufnehmende Bohrung kleiner sein, wodurch sich bessere Festigkeiten des Gehäusemantels und günstigere Kühlbedingungen ergeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben und ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

in Ebene I-I in Fig. 2

Fig. 1 einen RadialschnitTVcTurch ein erfindungsgemäßes Druckventil, wobei die linke Hälfte der Figur das Ventil geöffnet, die rechte Hälfte geschlossen zeigt. Jede Hälfte ist für den entsprechenden Zustand des Ventils symmetrisch zu ergänzen.

Fig. 2 eine perspektivische teilweise aufgebrochene Darstellung des gleichen Ventils.

Fig. 3 eine Draufsicht auf das ausgerollte Ω-formige Teil.

Fig. 4 eine Draufsicht auf das ausgerollte Lamellenblech.

Fig. 5 einen Radialschnitt durch einen Wankel-Rotationskolbenkompressor mit erfindungsgemäßen Ventilen.

Fig. 6 einen Schnitt durch den Rotationskolbenkompressor nach Fig. 5 in der Ebene VI-VI.

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-fr-

in Fig. 1 und 2
DasYdargestellte Druckventil ist in achspralleler Richtung im Gehäusemantel 1 eines Rotationskolbenkompressors angeordnet (Fig. 4 und 5). Dieser weist bei 2 eine trochoidenförmige Mantellaufbahn und bei 3 eine in dieser vorgesehene Auslaßöffnung auf, die in eine zur Achse der Maschine parallele, den Gehäusemantel 1 ganz durchsetzende Bohrung 4 mündet. Diese Bohrung führt auf einer oder beiden Seiten zu dem Druckstutzen der Maschine. In der Bohrung 4 ist eine Hülse 5 mit genauer Passung eingesetzt, die auf ihrer nach der Auslaßöffnung 3 zu weisenden Seite mit Ventilschlitzen 6 versehen ist und die sich über die gesamte Breite des Gehäusemantels 1 erstreckt. Im Bereich dieser Schlitze 6 bildet die Hülse 5 den Ventilsitz. Diese Hülse kann ihrer Länge nach ganz oder teilweise aufgeschnitten sein und sich federnd gegen die Wand der Bohrung 4 anlegen. In der Hülse 5 ist ein in seinem radialen Querschnitt Ω-förmiges'Teil 7 eingeschoben, das mit seinen Flanken 8 und 9 und mit seinen Umbiegungen 10 und 11 an der Hülse fest und federnd anliegt. Um Verdrehungen zu vermeiden, weist die Hülse 5 nach innen umgebogene Laschen 12 und 13 auf, die sich vor die Umbiegungen 10 und 11 des Ω-förmigen Teiles 7 legen.

Das Ω-förmige Teil 7 weist mit seiner geschlossenen Seite nach den Ventilsitzen und hat dort einen größeren Krümmungsradius als die Hülse 5. In diesem Bereich bildet das Ω-förmige Teil den Ventilfänger. Es ist an seinen Flanken 8 und 9 mit Durchbrechungen versehen, die in

/+ den Ventilfänger bildendes

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Fig. 3 in die Ebene projiziert wiedergegeben sind und deren Punktion weiter unten erläutert wird.

In die Umbiegungen 10 und 11 des Ω-förmigen Teiles 7 ist ein Lamellenblech eingespannt, das um das Ω-förmige Teil 7 gebogen ist und an der Hülse 5 im Bereich von deren Ventilschlitzen 6 bei geschlossenem Ventil anliegt. Dieses Lamellenblech 14 ist in der in Fig. 4 dargestellten Weise ausgestanzt, so daß es sehr lange und schmale Ventillamellen 15 bildet, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der beispielsweise ein Drittel bis die Hälfte der Breite der Lamellen ausmacht. Die in die Umbiegungen 10 und 11 des Ω-förmigen Teiles 7 eingreifenden Ränder 16 und 17 des Lamellenbleches 14 verbinden die Lamellen 15 untereinander an deren Ende und sie weisen die Länge der Hülse 5 auf, so daß sie beim Zusammenbau des Ventils die Lage der Lamellen 15 fixieren.

Beim Einspannen des Lamellenbleches 14 in die Umbiegungen 10 und 11, was gegen die Federwirkung des an sich ebenen Lamellenbleches erfolgt, greifen die Lamellen in die oben erwähnten seitlichen Durchbrechungen 18 in den Flanken 8 und 9 des Ω-förmigen Teiles 7 ein, die um ein geringes Spiel breiter sind, als die Lamellen 14 und so lang, daß die Lamellen sie ungehindert von ihrem oberen Rand 19 bis zu ihrem unteren Rand 20 in einer flacheren Kurve durchschneiden können, als sie die Flanken 8 und 9 des Ω-förmigen Teiles aufweist. Diese flachere Kurve ergibt sich aus dem Bestreben des

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federnden Lamellenbleches 14 beim Einspannen in die Umbiegungen 10 und 11 von diesen ausgehend zunächst eine flache Krümmung zu bilden und sich dann in einer an die Rundung der Hülse 5 angepaßten Kurve gegen diese im Bereich der Ventilschlitze 6 anzupressen. Die Durchbrechungen 18 bilden somit eine Führung für die Lamellen 15. Die Durchbrechungen 18 sind demgemäß in gleicher Zahl wie die Ventillamellen 15 angeordnet und ihr Abstand entspricht den ausgestanzten Zwischenräumen zwischen den Ventillamellen 15 im Lamellenblech

In dem hier beschriebenen Zustand ist das Ventil geschlossen/ in dem die Lamellen durch ihre eigene Federkraft und den Überdruck im Druckraum an der Hülse im Bereich der Ventilschlitze 6 anliegen und diese verschließen, wie dies in Fig. 1 auf deren rechten Seite dargestellt ist. Dabei ist selbstverständlich, daß die Schlitze 6 schmäler sind, als die Lamellen 15.

Durch einen Überdruck im Arbeitsraum des Kompressors der die Federkraft der Lamellen und den Druck im Ventil selbst übersteigt, werden die Ventillamellen 15 hoch gehoben und gegen die Rundung des Ω-förmigen Teiles 7 gepresst, wobei die Lamellen in ihrer ganzen Länge federnd nachgeben und sich im Bereich der Flanken des ίϊ-förmigen Teiles 7 bis zur Hülse 5 ausbiegen, wie dies die linke Seite in Fig. 1 zeigt.

Das Ω-förmige Teil 7 weist mittlere Durchbrechungen 21 auf, die versetzt zu den seitlichen Durchbrechungen 18

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angeordnet sind und etwa die Breite der Zwischenräume zwischen den Ventillamellen 15 haben (Fig. 3 und 6). Bei geöffnetem Ventil liegen die Ventillamellen zwischen den mittleren Durchbrechungen 21. Diese haben die Aufgabe, das durch die geöffneten Ventilschlitze 6 der Hülse 5 in das Ventil eintretenden Druckgase in das Innere des Ω-förmigen Teiles 7 eindringen zu lassen, um in diesem achsial abgeführt zu werden. Ein solcher Transport der Druckgase findet zugleich in den Räumen zwischen Hülse und Ω-förmigen Teil statt.

Der Vorteil dieser Anordnung ist es, daß die Ventillamellen eine große Länge aufweisen, über die sie frei beweglich sind und über die sie die bei ihren Öffnungs- und Schließbewegungen auftretenden Biegungsbeanspruchungen gleichmäßig verteilen können. Einzelne Abschnitte erfahren daher im Verhältnis zu bekannten Ventilzungen oder Lamellen nur eine geringe Biegung, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist. Die bei der Ventilbewegung eintretende Verformung besteht demnach nur in einer leichten Verstärkung der Krümmung der seitlichen Bögen der Lamellen über deren gesamte Ausdehnung.

Da das Lamellenblech 14 an seinen Rändern 16 und 17 nicht durch Schrauben oder dergleichen, wie sonst Ventilzungen oder Lamellen festgelegt ist, kann die sonst gerade an den Ansatzstellen auftretende starke Verformung durch freies Verdrehen um die in den Umbiegungen 10 und 11 anliegende Kanten vermieden werden. Wie Fig. 1 zeigt,

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bildet das Lamellenblech 14 bei öffnung des Ventils einen stumpferen Winkel zu der gestrichelt gezeichneten Mittelsenkrechten als bei geschlossenem Ventil. Die die Lebensdauer bekannter Ventile stark verringerten Ermüdungsbrüche können dadurch vermieden werden.

Das Verschließen des Ventils erfolgt durch gleichmäßiges und nahezu in allen Teilen gleichzeitiges Anlegen der Lamellen an die untere Rundung der Hülse 5 auf großer Fläche, so daß auch hierbei ebenso wie beim öffnen eine weite Verteilung der Auflagsbelastung erfolgt.

Versuche haben gezeigt, daß erfindungsgemäße Ventile selbst nach langer Betriebsbelastung keine Abnützungen, Ermüdungen und Brüche der Ventillamellen erleiden, die sonst bei Zungen- oder Lamellenventilen längst zu erwarten gewesen wären.

Das erfindungsgemäße Ventil wird in folgender Weise zusammengebaut und eingesetzt:

Das Ventilblech 14 wird in die Umbiegungen 10 und 11 des Ω-förmigen Teiles 7 unter Zusammenbiegen eingespannt. Sodann werden beide Teile 7 und 14 in die Hülse 5 eingeschoben, wobei das Teil 7 durch die eingebogenen Laschen 12 und 13 der Hülse 5 in seiner Lage festgehalten wird. Das damit lediglich durch Stanzen und Biegen und Zusammensetzen fertig gestellte Ventil kann in die Bohrung 4 des Gehäusemantels 1 durch eine weitere in damit in Deckung befindliche Bohrung in einem Seitenteil des

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Kompressors eingeschoben und mit einem Druckstutzen verbunden werden. Das Ventil kann dabei durch eine nach außen gebogene Lasche 22 der Hülse 5, die in eine Ausnehmung des Gehäusemantels 1 eingreift, gegen Verdrehen gesichert werden.

Die Fig. 5 und 6 zeigen den Einbau der erfindungsgemäßen Ventile 24 in einen 2:3-übersetzten Wankel-Rotationskolbenkompressor mit dreieckigem Kolben 25, der auf einen Exzenter 26 umläuft und mit den Dichtteilen 27 an der trochoidenförmigen Mantellaufbahn 2 des Gehäusemantels anliegt. In seinen Seitenteilen 28 sind Einlaßöffnungen 29 vorgesehen. Die Ventile 24 sind in Bohrungen 4 im Gehäusemantel eingesetzt, die zu einem Druckraum 30 in einem Seitenteil 28 führen, der beide Ventile 24 mit dem Druckstutzen 31 verbindet. Die Auslaßöffnungen in der Mantellaufbahn 2 sind Schlitze 32, die in Drehrichtung des Kolbens 25 verlaufen und vor den Schlitzen 6 der Hülse 5 liegen. Das Ventil ist mit einem mit einem Innensechskant 33 versehenen Schraubdeckel 34 in der Bohrung 4 festgehalten. In der Hülse sind Bohrungen 35 vorgesehen, an denen das Ventil aus der Bohrung 4 herausgenommen werden kann.

Es fällt in den Bereich der Erfindung, wenn das erfindungsgemäße Ventil für andere Zwecke als Druckventil für einen Kompressor verwendet wird. Doch ist es für Kompressoren von besonderem Vorteil, da mit ihm mit Sicherheit vermieden werden kann, daß Teile

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der Zungen oder Lamellen In die Arbeitsräume des Kompressors fallen und dort Dichtteile zerstören.

Ein weiterer Vorteil ist seine lange Lebensdauer, die der des Kompressors gleichkommt/ sowie seine besonders einfache Herstellung.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Druckventil eines Rotationskolbenkompressors, das in eine achsparallele Durchbrechung von dessen Gehäusemantel eingesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß eine den Ventilsitz bildende Hülse (5) mit tangential gerichteten Ventilschlitzen (6) in eine Bohrung (4) im Gehäusemantel (1) eingepaßt ist und ein über seine ganze Länge Ω-förmiges Teil (7) umschließt, dessen geschlossene Seite nach den Ventilschlitzen (6) zuweist und einen größeren Biegeradius hat als die Hülse (5) und daß die Umbiegungen (10,11) und die seitlichen Flanken (8,9) des Ω-förmigen Teiles 7 sich an der Hülse (5) abstützen und daß ferner das Ω-förmige Teil 7 in seinen Flanken (8,9) tangential gerichtete rechteckige seitliche Durchbrechungen (18) aufweist, in denen die die Ventillamellen (15) bildenden parallelen streifenförmigen, bei geschlossenem Ventil vor den Ventilschlitzen (6) an der Hülse (5) anliegenden Ausschnitte aus einem federnden Lamellenblech (14) geführt werden, dessen Ränder (16, 17) in die Umbiegungen (10,11) des Ω-förmigen Teiles eingespannt sind.
2. Druckventil nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ω-förmige Teil (7) an seiner den Ventilschlitzen zugewandten geschlossenen Seite weitere zu den seitlichen Durchbrechungen

(18) versetzt angeordnete mittlere Durchbrechungen

(21) aufweist.

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3. Druckventil nach Anspruch 1,2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) an ihren Rändern nach innen umgebogene Laschen (12,13) aufweist, die vor den Enden der Umbiegungen (10,11) des Ω-förmigen Teiles (7) liegen.
4. Druckventil nach Anspruch 1,2,3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) an einem Rand eine nach außen umgebogene Lasche (22) aufweist, die in eine Ausnehmung (23) des Gehäusemantels (1) des Kompressors eingreift.
5. Druckventil nach Anspruch 1,2,3,4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (5) längsgeschlitzt ist und nach außen federt.
6. Druckventil nach Anspruch 1,2,3,4,5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil mit einem vor der es aufnehmenden Bohrung (4) angeordneten Schraubdeckel (34) in seiner Lage befestigt ist.
7. Druckventil nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ω-förmige Teil (7) ein gestanztes und gebogenes Blech ist.

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