DE2744653A1

DE2744653A1 - Ventilanordnung fuer kompressoren

Info

Publication number: DE2744653A1
Application number: DE19772744653
Authority: DE
Inventors: Edwin Le Flore Gannaway
Original assignee: Tecumseh Products Co
Current assignee: Tecumseh Products Co
Priority date: 1976-10-04
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1978-04-06
Also published as: JPS5391413A; FR2366465B1; IT1090071B; ES462840A1; GB1555596A; AU513351B2; DE2744653C2; FR2366465A1; JPS5912907B2; US4115044A; BR7706558A; AU2933577A

Description

Ventilanordnung für Kompressoren

Die Erfindung b etrifft eine Ventilanordnung für einen Kompressor mit einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben sowie mit Einlaß und Auslaßöffnungen im Zylinderdeckel.

Kompressoren sind in unterschiedlicher Größe und unterschiedlichem Einsatz bekannt und bestehen sehr oft aus einer Kolben-Zylinderanordnung, bei der das zu komprimierende Medium in den Zylinder eingesaugt und im Kompressionszustand wieder ausgestoßen wird. Man erhält die günstigste Kompressionswirkung mit Anordnungen, bei welchen das Restvolumen im Zylinder bei der oberen Totpunktstellung des Kolbens am kleinsten ist.

Da das Einlaßventil bei einem derartigen Kompressor sich nach innen in den Zylinder öffnen muß, sind in der Regel eine Ventilplatte oder Ventilplatten am oberen Ende des Zylinderblockes vorgesehen, welche die .Einlaßöffnungen tragen. Wenn die Einlaßventile an der Ventilplatte mit Schraubenfedern versehen sind, die das Ventilelement gegen die Einlaßöffnungen drücken,

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wird

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wird ein verhältnismäßig großes Volumen für diese Schraubenfedern benötigt. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kompressors nachteilig

beeinflußt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für Kompressoren zu schaffen, welche bei sehr langer Lebensdauer für die Ventilelemente eine Wirkungsgradverbesserung für Kompressoren mit in Zylinderbohrungen laufenden Kolben zulassen. Dies soll insbesondere dann der Fall sein, wenn die Kompressoren aufgrund ihres speziellen Einsatzes unter hohen Arbeitsdrücken und insbesondere beim Komprimieren von Kühlmittel zumindest teilweise auch ein flüssiges Medium verarbeiten und dabei sehr hohe Druckspitzen in der oberen Totpunktlage beim Kompressionshub entstehen. Die Ventilanordnung soll für diese Anwendungsfälle sicherstellen, daß keine Undichtigkeiten entstehen, welche den Wirkungsgrad der Kompressoren sehr ungünstig beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einlaßöffnungen längs einer Kreislinie um die Zylinderachse verteilt angeordnet sind, daß das mit den Einlaßöffnungen zusammenwirkende Ventil element aus einem an der Innenseite der Einlaßöffnung sich anlegenden Ventilring besteht, und daß eine gewellte Federringscheibe auf der Innenseite an dem Ventilring anliegend diesen in Position hält.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Eine vorteilhafte Verwirklichung der Maßnahmen gemäß der Erfindung sieht vor, daß im oberen Ende des Zylinderblockes eine koaxial zur Zylinderbohrung angeordnete" Senkbohrung verläuft, deren Durchmesser größer als die Zylinderbohrung ist. In dieser Senkbohrung liegt die gewellte Federringscheibe und der Ventilring, wobei dessen innerer Umfang einen

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kleineren Durchmesser als die Zylinderbohrung hat. Die Einlaßöffnungen in der Ventilplatte verlaufen längs einer Kreislinie um die Zylinderachse derart, daß sie von dem Ventilring während des Kompressionshubs verschlossen werden. Der Kolben hat an seiner oberen Stirnfläche eine der in die Kolbenbohrung überstehenden Breite des Ventilringes entsprechende Ausnehmung, in welche bei der oberen Totpunktlage des Kolbens der in das Zylinderinnere ragende Teil des Ventilrings zu liegen kommt. Auf diese Weise ist es möglich, daß der Kolben in der oberen Totpunktlage extrem nah an die Ventilplatte herangeführt werden kann und ein extrem kleines Restvolumen verbleibt. Die den Ventilring gegen die Einlaßöffnungen drückende gewellte Federringscheibe liegt in ihrer Gesamtheit in der Senkbohrung und ragt nicht in das Innere des durch die Umfangs-ebene der Zylinderbohrung begrenzten Raumes. Das Auslaßventil ist auf der Außenseite der Ventilplatte angeordnet und besteht ebenfalls aus einem Ventilring sowie einer gewellten Federringscheibe, die den Ventilring gegen die Auslaßöffnungen drückt. Die Federringscheibe wird ihrerseits von einer scheibenförmigen Lagerplatte gehaltert. Das Auslaßventil wird mit Hilfe eines zentrisch durch die Ventilplatte verlaufenden Bolzens gehalten, wobei der Kopf des Bolzens in einer Ausnehmung auf der Innenseite der Ventilplatte liegt und mit dem überstehenden Teil in eine entsprechen de Ausnehmung im Stirnboden des Kolbens während der oberen Totpunktlage des Kolbens ragt. Der Bolzen ist durch den Zylinderdeckel hindurchgeführt und verspannt diesen sowie die Lagerplatte gegen die Ventilplatte. Dadurch wird einerVerbiegung sowohl der Ventilplatte als auch des Zylinderdeckels entgegengewirkt, womit sich ein Undichtwerden längs den durch Dichtung gegeneinander verspannten Teilen des Zylinderdeckels, der Ventilplatte und des Zylinderblocks sehr leicht und sicher verhindern laßt.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit

den

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den Ansprüchen und der Zeichnungs. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Zylinderkopf mit einer Ventilanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch den oberen Teil des Zylinderblockes sowie des Kolbens und der Ventilplatte, aus der die Zuordnung des Ventilringes und der gewellten Federringscheibe zu diesen Teilen hervorgeht.

In der Zeichnung ist ein Kolbenkompressor dargestellt, bei dem ein Kolben 14 in der Bohrung 12 eines Zylinderblockes 10 hin- und herverschiebbar ist. Der Zylinderblock 10 wird oben mit einer verhältnismäßig dünnen Ventilplatte 16 abgedeckt, die längs einer Kreislinie verteilt angeordnete schlitzförmige Einlaßöffnungen 18 hat. Diese Einlaßöffnungen verlaufen etwa entlang der Mantellinie der Zylinderbohrung. Ferner sind innerhalb der Einlaßöffnungen längs einer Kreislinie angeordnete Auslaßöffnungen 20 vorgesehen.

Sowohl die Einlaßöffnungen als auch die Auslaß öffnungen sind in Form gekrümmter Langschlitze ausgebildet, die konzentrisch zur Achse der Zylinderbohrung gemäß Fig. 2 verlaufen.

" Ein Zylinderdeckel 21 ist auf der Ventilplatte 16 montiert und ist auf der der Ventilplatte zugewandten Seite mit einer inneren, über den Auslaßöffnungen 20 liegenden Kammer 22 sowie einer äußeren, über den Einlaßöffnungen 18 liegenden Kammer 24 versehen. Aus Fig. 2 läßt sich entnehmen, daß die innere Kammer 22 mit Auslaßbohrungen 26

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im Zylinderdeckel kommuniziert, an welche geeignete Rohrleitungen für das abzunehmende komprimierte Medium angeschlossen sind.

Die äußere Kammer 24 ist über Einlaßbohrungen 28 mit der Außenatmosphäre verbunden.

Aus Fig. 2 geht ferner hervor, daß die innere Kammer 22 und die äußere Kammer 24 voneinander durch eine Rippe 30 getrennt sind, die im Zylinderdeckel ausgebildet ist und bis zur Ventilplatte 16 verläuft. Diese Rippe 30 erstreckt sich zwischen den Einlaßöffnungen und den Auslaßöffnungen längs eines Kreisbogenabschnitts und unterteilt auch die äußere Kammer 24.

Zwischen dem Zylinderdeckel 21 und der Ventilplatte 16 ist eine Dichtung 32 angeordnet. In entsprechender Weise liegt auch eine Dichtung 34 zwischen der Ventilplatte und dem Zylinderblock 10.

Der Zylinderdeckel 21 und die Ventilplatte 16 werden mit Hilfe von Bolzen 36 mit dem Zylinderblock lü fest verschraubt, wobei die einzelnen Teile über die Dichtungen gegeneinander verpreßt werden, so daß ein hoher Kompressionsdruck im Innern des Zylinders bzw. der inneren Kammer aufgebaut werden kann.

Die Auslaßöffnungen 20 werden von einem Ventilring 38 verschlossen gehalten, der auf der Oberseite der Ventilplatte 16 längs den schlitzförmigen Auslaßöffnungen aufliegt. Dieser Ventilring verläuft in einer ringförmigen Ausnehmung einer scheibenförmigen Lagerplatte 40 und wird durch eine zwischen den Ventilring und die Lagerplatte eingelegte gewellte Federringscheibe 42 gegen die Auslaßöffnungen gedrückt. Die Lagerplatte 40 wird mit Hilfe eines Bolzens 44, der durch eine zentrische Bohrung in der Ventilplatte 16 gesteckt ist und dessen Kopf in den Zylinderhohlraum ragt,

in einer

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in einer zentrischen Lage an der Ventilplatte festgehalten und mit Hilfe einer Mutter 48 gegen diese verspannt. Der Bolzen 44 verläuft auch durch den Zylinderdeckel nach außen, der mit Hilfe einer weiteren Mutter 50 ebenfalls gegen die Ventilplatte verspannt wird. Du rch diesen Bolzen 44 und die Muttern 48 und 50 wird erreicht, daß eine Verformung des zentralen Teils des Zylinderdeckels nach außen und ebenso eine Verformung des zentralen Teils der Ventilplatte nach innen unter dem auftretenden Differenzdruck vermieden wird. Dadurch wird auch eine einwandfreie Abdichtung zwischen den miteinander verspannten Teilen im Bereich der Dichtungen sichergestellt. Eine solche Undichtigkeit kann insbesondere dann auftreten, wenn während des Betriebs des Kompressors Restflüssigkeiten vorhanden sind. Die Verwendung des zentrisch und koaxial geführten Bolzens 44 ermöglicht die Verwendung einer verhältnismäßig dünnen Ventilplatte 16, wodurch das durch die Auslaßöffnungen entstehende Restvolumen auf ein Minimum herabgedrückt werden kann.

Von besonderem Vorteil erweist sich das Vorsehen eines Ventilringes 52, der auf der Innenseite der Einlaßöffnungen 18 montiert ist und zum Teil in einer zylindrischen Senkbohrung 44 liegt bzw. mit seinem inneren Umfangsteil in das Innere der Zylinderbohrung 12 ragt. Die zylindrische Senkbohrung 44 nimmt einerseits eine gewellte Federringscheibe 56 und den äußeren Umfangsbereich des Ventilringes 52 auf. Mit der Federringscheibe wird der Ventilring gegen die Unterseite der Einlaßöffnungen 18 in der Ventilplatte 16 gedrückt.

Der Kolben 14 ist ferner an seiner oberen Stirnseite mit einer ringförmigen umlaufenden Vertiefung 58 versehen, in welcher der Ventilring 52 zu liegen kommt, wenn der Kolben 14 seine oberste Totpunktlage gemäß Fig. 1 einnimmt. Dadurch wird eine Beschädigung des

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Ventilringes verhindert und gleichzeitig der Abstand zwischen dem Kolben in der obersten Totpunktlage und der Ventilplatte auf ein Minimum reduziert.

Auf der Unterseite der Ventilplatte ist im Zentrum eine Ausnehmung angebracht, in welcher der Kopf 46 des Bolzens 44 liegt. Da der Kopf des Bolzens 44 in der dargestellten Ausführungsform nicht in seiner Gesamtheit in der Ventilplatte versenkt ist, hat der Kolben 14 an seiner oberen Stirnfläche eine Ausnehmung 62, in welche der überstehende Teil des Bolzen- kopfes 46 in der oberen Totpunktlage des Kolbens ragt.

Die Zuordnung zwischen der gewellten Federringscheibe 56 und dem Ventilring 52 ist aus Fig. 3 entnehmbar, die zeigt, daß die gewellte Federringscheibe 56 bei der dargestellten Ausführungsform zwei Erhebungen hat, die an der Unterseite des Ventilringes 52 anliegen. Selbstverständlich kann die gewellte Federringscheibe auch mehr als zwei Erhöhungen haben.

Die Ventilanordnung gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft wegen der Wirkungsgradverbesserung, die sich für Kompressoren wegen des extrem geringen Kompressionsraumes ergibt, der bei der oberen Totpunktlage des Kolbens zwischen diesem und der Ventilplatte verbleibt. Außerdem gewährleisten die Ventilringe und die gewellten Federringscheiben eine sehr langlebige und sicher arbeitende Ventilanordnung, die die Verringerung des Kompressionsraumes bei der oberen Totpunktlage des Kolbens auf ein extrem kleines Minimum überhaupt erst möglich macht. Schließlich kann durch die Ausgestaltung der Ventilanordnung und die Befestigung des Auslaßventils mit Hilfe eines an der Ventilplatte und dem Zylinderdeckel gehalterten Bolzens eine Verspannung zwischen diesen Teilen in der Weise erzielt werden, daß einer Verbiegung durch den einwirkenden Differenzdruck entgegengewirkt wird und die Abdichtung zwischen der Ventilplatte und dem Zylinderdeckel sicherer gewährleistet ist. Damit können Ausfälle des Kompressors durch das Auftreten von Restflüssigkeit während des Betriebs vermieden werden.

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Claims

Patentansprüche

1. J Ventilanordnung für einen Kompressor mit einem in einem Zylinder

hin- und hergehenden Kolben sowie mit Einlaß- und Auslaßöffnungen im Zylinderdeckel, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (18) längs einer Kreislinie um die Zylinderachse verteilt angeordnet sind, daß das mit den Einlaßöffnungen zusammenwirkende Ventilelement aus einem an der Innenseite der Einlaßöffnung sich anlegenden Ventilring (52) besteht, und daß eine gewellte Federringscheibe (56) auf der Innenseite an dem Ventilring (52) anliegend diesen in Position hält.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinderblock (10) und dem Zylinderdeckel (21) eine Ventilplatte (16) angeordnet ist, die die Zylinderbohrung (12) nach oben verschließt und die Einlaßöffnungen (18) entlang dem Umfang der Zylinderbohrung trägt, und daß im Zylinderblock (10) am oberen Ende eine konzentrisch zur Zylinderbohrung verlaufende Senkbohrung (54) vorhanden ist, die die Federringscheibe (56) und den Ventilring (52) aufnimmt.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (20) in der Ventilplatte (16) längs einer inner-

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halb der Einlaßöffnungen verlaufenden Kreislinie angeordnet sind, die auf der Außenseite der Ventilplatte mit Auslaßventilen verschließbar sind, daß im Zylinderdeckel (21) eine innere, den Auslaßöffnungen zugeordnete Kammer (22) und eine äußere, den Einlaßöffnungen zugeordnete Kammer (24) ausgebildet sind, und daß zwischen der inneren und der äußeren Kammer eine Rippe vorgesehen ist, die bis zur Ventilplatte verläuft und durch eine zwischen die Ventilplatte und den Zylinderdeckel eingefügte Dichtung (32) die beiden Kammern gegeneinander abdichtet.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kenn zeichnet, daß das zentrisch in der Ventilplatte angeordnete Auslaßventil aus einer scheibenförmigen Lagerplatte besteht, die längs ihrem Umfang auf der den Auslaßöffnungen zugewandten Seite mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist, in welcher ein Ventil-ring (38) und eine gewellte Federringscheibe (42) liegt, die den Ventilring gegen die Auslaßöffnungen drückt , und daß die Lagerplatte mit einem zentrisch zur Zylinderbohrung angeordneten Bolzen (44) gehalten wird, dessen Kopf (46) auf der Innenseite der Ventilplatte (16) sich befindet, gegen welche die Lagerplatte (40) mittels einer Mutter (48) und der Zylinderdeckel (21) mit Hilfe einer weiteren Mutter (50) verspannt ist.

5. Ventilanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinderdeckel und der Ventilplatte sowie zwischen der Ventilplatte und dem Zylinderblock jeweils Dichtungen angeordnet sind.

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