DE2951462A1

DE2951462A1 - Ventileinheit

Info

Publication number: DE2951462A1
Application number: DE19792951462
Authority: DE
Inventors: Robert Wesley King
Original assignee: Copeland Corp LLC
Current assignee: Copeland Corp LLC
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-10
Also published as: BR7908354A; IT7927990A0; JPS5597572A; SE8506153D0; AT388974B; DK544379A; ATA806479A; AU5377879A; JPS6325234B2; MX150936A; GB2039004A; DK156093B; DK161476C; BE880746A; AU523545B2; GB2039004B; FR2444820B1; JPS63198785A; PH16984A; AR222060A1

Description

Ventileinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf Druck ansprechende Auslaßventileinheit, die insbesondere für Hubkolbengaskompressoren geeignet ist· Die Ventileinheit umfaßt einen Auslaßkanalventilsitz mit kegelstumpfförmiger Gestalt, in dem ein allgemein komplementär ausgebildetes Ventilelement mit geringem Gewicht angeordnet ist. Das Ventil— element ist vorzugsweise aus einem polymeren Material hergestellt, kann jedoch auch aus Metall bestehen. Die verwendeten Materialien und die relativen Abmessungen des Ventilsitzes und des Ventilelementes sind so ausgewählt, daß das Spiel oder Reexpansionsvolumen verringert, ein ruhiges Schließverhalten mit guten Abdichtungseingen schaften und eine lange Lebensdauer sowie eine Wirkungs-

wird

weise mit hoher Geschwindigkeit gesichert/und die erforderlichen Strömungsbereiche bei niedrigen Ventilhüben zur Verfügung gestellt werden, wodurch verbesserte Strö— mungscharakteristika und ein verbesserter Wirkungsgrad erzielt werden· Die eingeschlossenen Winkel des Ventilelementes und des Ventilsitzes sind geringfügig verschieden voneinander, so daß ein fortschreitender Schließvorgang und eine Abdichtung ohne permamente Verformung erreicht wird. Die erfindungsgemäße Lehre ist auch auf zwei andere bekannte Ventilarten anwendbar, bei denen

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das Ventilelement mit einer mittleren Öffnung und zugehörigen Schließeinrichtungen versehen ist, um eine"zusätzlichen Auslaßströmungsbereich vorzusehen. Bei einer AusfUhrungsform ist die Schliefleinrichtung in Form eines festen Elementes und bei einer anderen Ausführungsform in Form eines zweiten, getrennt beaufschlagten beweglichen Scheibenelementes ausgebildet. Das erfindungsgemäß ausgebildete Auslaßventil kann darüber hinaus bei verschiedenen Arten von bekannten Ansaugventilen Verwendung finden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf auf Druck ansprechende Ventileinheiten und insbesondere auf solche Ventileinheiten, die bei Hubkolbenverdichtern, beispielsweise Kältekompressoren, Verwendung finden.

Bei Hubkolbenverdichtern finden normalerweise auf Druck ansprechende Ansaug- und Auslaßventile Verwendung, die am Ende des Zylinders zwischen dem Kopf und dem Zylindergehäuse montiert sind. Bei der Ausführung von derartigen Ventileinheiten ist es für den Betrieb des Gesamtsystems von entscheidender Bedeutung, daß ein ausreichend großer Öffnungsbereich zur Verfügung steht, um den Durchfluß eines maximalen Strömungsmittelvolumens innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit unter einem annahmbar kleinen Druckabfall zu ermöglichen. Dies trifft insbesondere für in Klimaanlagen verwendete Kältekompressoren zu,da bei derartigen Systemen

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normalerweise relativ hohe DurchfluBgeschwlndigkelten gefordert werden.

Der Erzielung eines maximalen Öffnungsbereiches bei einer vorgegebenen Zylindergröße steht der Bedarf nach einer Gewichtsreduzierung des beweglichen Ventilelementes entgegen, um die Auswirkungen von dessen Trägheit zu begrenzen. Darüber hinaus sollten auch die entstehenden Betriebsgeräusche auf einem Minimum gehalten werden. Diese Aspekte sind bei mit hohen Geschwindigkeiten laufenden Kompressoren von besonderer Bedeutung.

Ein anderer wichtiger Punkt bei der Konstruktion von derartigen Ventileinheiten besteht darin, das Reexpansions— volumen oder Zylinderspiel auf einem Minimum zu halten. Das Ventil und die obere Endwand des Zylinders sollten eine Form haben, die der des oberen Endes des Kolbens entspricht und so flach wie möglich ausgebildet sein, damit der Kolben das Volumen der Kompressionskammer während des Kompressionshubes auf ein absolutes Minimum bringen kann, ohne den Gasstrom einzuschränken. Es ist zwar möglich, dieses Ziel durch Ausbildung von komplexen Kolbenkopfformen zu erreichen, deren Herstellung ist jedoch teuer und deren Montage entsprechend schwieriger. Hinzu kommt, daß normalerweise Drosselverluste auftreten, wenn sich der Kolben dem oberen Totpunkt annähert. Eine Reduzierung des Reexpansions-

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Volumens ist bei Kältekompressoren mit relativ niedrigen DurchfluBmengen, beispielsweise bei denjenigen Einheiten, die bei Kältesystemen mit sehr niedrigen Temperaturen Verwendung finden, sowie bei Einheiten für Wärmepumpen, von großer Bedeutung.

Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ventil und eine verbesserte Kombination aus einem Ventil und einem Ventilsitz zur Verfugung zu stellen, die bei einem Auslaßventil in einem Hubkolbengaskompressor Verwendung finden können, beispielsweise bei den in Kälteanlagen eingesetzten Kompressoren, und die den Wirkungegrad des Kompressors verbessern und dadurch gekennzeichnet sind, daß sie bei allen Ventilhüben verbesserte Strömungeeigenschaften, ein gutes Dichtungsverhalten ohne permanente Verformung des Ventiles, eine lange Lebensdauer, einen geräuschlosen Betrieb und die Fähigkeit der Funktion bei mit hohen Geschwindigkeiten laufenden Kompressoren aufweisen.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine verbesserte Ventileinheit geschaffen, bei der ein Ventilelement Verwendung findet, dessen gesamter Bereich den das Ventil betätigenden Druckunterschieden ausgesetzt ist und das ein geringes Gewicht besitzt, so daß bei einer vorgegebenen Öffnungsgröße hohe Kraft/Gewichteverhältnisse erreicht

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werden. Dadurch wird die Beschleunigung des Ventils und folglich dessen Wirkungsgrad, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, auf ein Maximum gebracht. Darüber hinaus sind das Ventilelement und die zugehörige Ventilplatte so ausgebildet, daß die Kompressionskammer eine im wesentlichen flache, bündige Endwand erhält. Folglich ist das Reexpansionsvolumen der Kompressionskammer gegenüber herkömmlichen Ventilanordnungen wesentlich reduziert, und es können einfache Kolben mit flachem oberen Ende (oder Kolben mit minimalen Konturen auf der oberen Endfläche) Verwendung finden. Aufgrund des geringen Gewichtes des Ventilelementes funktioniert das Ventil schneller, und die Öffnungsgröße kann ohne nachteilige Trägheitsauswirkungen angehoben werden. Desweiteren werden durch die Verwendung eines polymeren Materials für das Ventilelement bei einer bevorzugten Ausführungsform desselben und durch die Wahl der relativen Abmessungen des Ventilelementes und des Ventilsitzes auch die durch den wiederholten Aufprall des Ventilelementes auf den Ventilsitz erzeugten Ventilgeräusche herabgesetzt. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Öffnungsbereich des Ventiles keine Funktion des Reexpansionsvolumens; vielmehr kann jede Größe unabhängig voneinander optimiert werden. Folglich ist die erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinheit in idealer Weise sowohl für Klimaanlagen als auch Wärmepumpen und Niedrigtemperatureinheiten geeignet. Desweiteren kann die vorliegende Ausführungsform dazu eingesetzt werden, um die

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Verwendung des Zylinderkopfbereiches für Ventilzwecke zu optimieren·

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung hervor· Es zeigen:

Figur 1 eine Unteransicht (aus dem Inneren der Zylinderkammer) einer auf Druck ansprechenden Auslaßventileinheit, bei der ein erfindungsgemäS ausgebildetes Ventilelement aus polymeren) Material in Verbindung mit einem zungenförmigen Ansaugventil Verwendung findet;

Figur 2 einen umgekehrten Schnitt durch die in Figur dargestellte Ventileinheit, wobei der Schnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1 geführt ist;

Figur 3 einen umgekehrten Schnitt durch die Ventileinheit der Figur 1 entlang Linie 3-3 in Figur 1;

Figur 4 eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnittes

eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilsitzes mit zugehörigem Ventilelement, wobei in übertriebener Weise die relativen Neigungswinkel

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der entsprechenden Paßflächen dargestellt sind und das Ventilelement in einer Position gezeigt ist, in der es gerade beginnt, sich zu setzen;

Figur 5 einen Schnitt ähnlich Figur 2, bei dem jedoch die Ventileinheit der Figur 2 in Verbindung mit einem ringförmigen Ansaugventil dargestellt ist;

Figur 6 eine Unteransicht [aus dem Inneren der Zylinder— kammer) einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäfl ausgebildeten Auslaßventileinheit unter Verwendung eines Ventilelementes aus polymerem Material;

Figur 7 einen umgekehrten Schnitt durch die Ausführungeform der Figur 6 entlang Linie 7-7 in Figur 6;

Figur θ einen Schnitt ähnlich Figur 7, bei dem die in Figur 7 dargestellte Ventileinheit in Verbindung

mit einem zungenförmigen Ansaugventil gezeigt ist;

Figur 9 einen Teilschnitt ähnlich Figur 7, der jedoch

noch eine andere Ausführungsform der erfindunge— gemäßen Auslaßventileinheit mit einem Ventil— element aus polymerem Material zeigt; und

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die Figuren

10 bis 15 Teilschnitte wie Figur 4, die Ausführungsformen

des erfindungsgemäßen Ventileleraentes aus Metall zeigen.

In den Figuren 1 bis 3 ist eine erfindungegemäß ausgebildete Ventileinheit dargestellt, die die Bezugsziffer 10 trögt. Die Ventileinheit 10 umfaßt eine herkömmliche Ventilplatte 12| die mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Saugkanälen 14 und 16 versehen ist, die sich durch die Platte erstrecken, und die einen Auslaßkanal mit Ventilsitz 1Θ aufweist. Desweiteren ist ein übliches zungenförmiges Ansaugventilelement 20 vorgesehen, das einen Endabschnitt 22 aufweist, der die Saugkanäle 14 und 16 überlagert, einen gegenüberliegenden Endabschnitt 24, der an der Ventilplatte 12 befestigt ist, und eine mittig angeordnete längliche Öffnung 26, die den Auslaßkanal 18 überlagert. In der Zylinderbohrung sind Ausnehmungen 29 vorgesehen, damit für die Spitzen des Ansaugventils Spiel vorhanden ist, wenn sich dieses öffnet. Die Ventilplatte ist in üblicher Weise über einem Kompressorzylinder montiert, der von einem Zylinderblock 27 gebildet wird (in Figur 1 ist die Lage der Zylinderbohrung gestrichelt dargestellt).

Wie am besten in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, besitzt der Auslaßkanal 18 eine kegelstumpfförmige Gestalt und weist auswärts divergierende Seitenwände 28 auf. Ein Auslaßventilelement 30 in Form einer kegelstumpfförmigen Scheibe ist innerhalb des Auslaßkanals 18 angeordnet, wobei

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sich dessen Seitenwände 32 mit den Seitenwänden 2Θ des Auslaßkanales dichtend in Eingriff befinden. Das Auslaßventilelement 30 besitzt in bezug auf den Auslaßkanal 1Θ eine solche Größe und Form, daß seine untere Fläche 34 im wesentlichen koplanar zur unteren Fläche 36 der Ventilplatte 12 angeordnet ist. Oas Auslaßventilelement 30 ist in seiner oberen Fläche 40 desweiteren mit einer Ausnehmung 3B ver sehen, die einen Endabschnitt 42 einer Beaufschlagungseinrichtung in Form einer schraubenförmigen Druckfeder aufnimmt, deren gegenüberliegendes Ende 46 sich nach oben in Eingriff mit einer Ausnehmung 4Θ erstreckt, die in einem brückenartigen Halteelement 50 ausgebildet ist« Das Ventil wird im wesentlichen durch Druck betätigt, so daß die Feder 44 im wesentlichen deshalb angeordnet ist, um der Einrichtung Stabilität zu verleihen und eine anfängliche Schließspannung und Vorspannung zur Aufrechterhaltung einer anfänglichen Dichtung zu erzeugen. Naturgemäß können zu diesem Zweck auch andere Federarten als Schraubenfedern vorgesehen sein. Das Halteelement 50, das auch als Anschlag zur Begrenzung der Öffnungsbewegung des Ventilelementes wirkt, ist über geeignete Befestigungselemente 52 und 54 an der Ventilplatte 12 montiert.

Allgemein gesagt, ist das Auslaßventilelement 30 vorzugsweise aus einem hochwirksamen polymeren Material geformt, vorzugsweise aus einem Preßharz, wie Polyimid, Aramid,

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Polyester, Polyphenylensulfid und den Poly(amid-iniid)harzen« Diese Materialien besitzen eine hohe Festigkeit, eine hohe Temperaturwiderstandsfähigkeit, ein relativ niedriges Gewicht und sind reaktionsträge und relativ verträglich. Naturgemäß ist es schwierig, alle wünschenswerten Parameter für dieses Material nummerisch zu definieren. Beste Ergebnisse dürften jedoch mit Materialien erhalten werden, die ein Verhältnis Zugfestigkeit : Gewicht von größer als etwa 3,25 χ 10 psi/lb aufweisen und ein Verhältnis Biegesteifigkeit : Biegemodul von kleiner als etwa 0,04 besitzen. Desweiteren sollte das Material eine Erweichungstemperatur von über 450 F, eine hohen Verschleißwiderstand, gute innere Dämpfungseigenschaften (zur Geräuschdämpfung und Abdichtung) , Verträglichkeit mit der Umgebung, einfache Herstellbarkeit (beispielsweise durch Druck- oder Spritzguß),ein niedriges Kriechverhalten und eine hohe Schlagzähigkeit (vorzugsweise sollte die Izod-Kerbschlagzähigkeit größer als etwa 0,8 sein) aufweisen.

Gegenwärtig wird als bevorzugtes Material für das Ventilelement das Material "Vespel" eingesetzt, ein von der Dupont Company, Wilmington, Delaware, erhältliches Polyimidharz. Es wurde festgestellt, daß die Materalien "Sp-1" und "Sp-ZI" ausgezeichnete Ergebnisse liefern. Die Verwendung eines derartigen polymeren Materials zur Herstellung des Auslaßventil— elementes 30 erleichtert dessen Herstellung, beispielsweise

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durch Druck- oder Spritzguß. Das relativ geringe Gewicht des Ventilelementes sichert infolge der herabgesetzten Trägheit des Ventils und der Möglichkeit der Verwendung von leichteren Federn ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit sowie die Herabsetzung von Geräuschen, die durch Kontakt des Ventiles mit dem Ventilsitz erzeugt werden. Oas "Vespel"-Material ist für diese Anwendungszwecke auf ideale Weise geeignet, da es einer Zersetzung bei relativ hohen Temperaturen widerstehen kann und weder durch gasförmige Kältemittel noch Schmiermittel angegriffen wird. Es wurde festgestellt, daß die maximale Betriebstemperatur, denen das Kältemittel und Schmieröl ohne Schädigungen ausgesetzt werden können, geringer ist als die entsprechende Temperatur für "Vespel". "Vespel" ist auch nachgiebig genug, um eine Dichtung ohne permanente Verformung herzustellen.

Ea können auch andere geeignete polymere Materialien Verwendung finden, die die oben aufgezeigten Eigenschaften besitzen. Solche Materialien sind beispielsweise: "Vespel" KS (ein Aramidharz erhältlich von Dupont), "Sparmon" (ein Polyimidharz erhältlich von Sparta Mfg. Co., Oover, Ohio), "Valox" 420 oder 420-SEO (ein glasfaserverstärktes thermoplastisches Polyestermaterial erhältlich von General Electric Co., Pittsfield, Mas.), "Ryton" (ein Polyphenyleneulfid erhältlich von Phillips Petroleum Co., Bartlesville, OkIa.) und "Torion" (ein Poly(amid-imid)harz erhältlich von Amoco Chemieale Corp., Chicago, 111.).

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Wie in Figur 4 gezeigt ist, sind die Seitenwände 32 des Ventilelementes 30 relativ zur Mittelachse des Auslaßkanals 1Θ, die bei 55 gezeigt ist, unter einem Winkel geneigt, der (im unbelasteten Zustand) geringfügig größer ist als der Neigungswinkel 58 der Seitenwände 28 des Ventilsitzes oder des Auslaßkanales 18. Eine anfängliche Dichtung wird erreicht, wenn sich das Ventilelement in die in Figur 4 dargestellte Schließstellung bewegt, d.h. wenn der dünne äußere Dichtungsumfang 60 der Seitenwand zuerst mit der Seitenwand 28 in Eingriff tritt. Da über den größten Teil des Schließzyklus die Druckunterschiede über das Ventilelement relativ gering sind, wird die Hauptechließkraft durch die Feder 44 ausgeübt. Wenn jedoch einmal eine anfängliche Dichtung erreicht ist, wird ein beträchtlicher Druckunterschied über des Ventilelement erzeugt, da der Kompressorkolben beginnt, sich vom oberen Totpunkt abwärts zu bewegen. Dadurch wird eine beträchtliche Schließkraft erzeugt, die das Ventilelement aus der anfänglichen Dichtungsstellung der Figur 4 in die volle Sitzeteilung der Figuren 2, 3 und 5 bewegt. Dabei verformt sich der Randabschnitt 60 und wird unter Spannung gesetzt, wenn dieser Sitzvorgang stattfindet. Die Spannungen im Randabschnitt 60 verbessern den Dichtungsgrad und erleichtern das Öffnen, sollten jedoch nicht so groß sein, um eine permanente Verformung des Ventilelementes zu bewirken*

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Das Ventilelement und die Feder sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die von dem Ventilelement bei dessen Entspannung und Bewegung aus der vollen Sitzstellung in die in Figur 4 dargestellte Stellung ausgeübte aufwärts gerichtete Kraft beträchtlich größer ist als die von der Feder 44 auf das Ventilelement während dieser anfänglichen Öffnungsbewegung ausgeübte abwärts gerichtete Kraft. Dies trägt beträchtlich zum Öffnen des Ventiles bei, da sobald sich der Druckunterschied über das Ventilelement umzukehren beginnt (d.h. nach Vollendung des Saugzyklus und in einem frühen Zeitpunkt des Ausstoßzyklus], die im Ventilelement vorhandene Restspannung bewirkt, daß dieses sofort vom Ventilsitz in Richtung auf die in Figur 4 dargestellte Stellung weggefedert wird (wobei die Kraft der Feder 44 überwunden wird). Dadurch wird wieder der vollständige Bereich des Ventilelementes sofort dem innerhalb der Kompressionskammer ausgeübten Öffnungsdruck ausgesetzt. Dadurch, daß ein maximaler wirksamer Bereich dem Öffnungs- oder Hubdruck ausgesetzt wird, wird der Öffnungsvorgang des Ventiles beschleunigt und ein Betrieb desselben mit höherer Geschwindigkeit ermöglicht. Es versteht sich, daß der zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden 28 und 32 vorhandene Kanalbereich weiterhin ansteigt, wenn das Ventilelement 30 nach oben bewegt wird, wodurch ein extrem großer Auslaßbereich für das Strömungsmittel bei einer vorgegebenen Öffnungsgröße zur Verfugung gestellt wird. Dadurch wird ein wesentlicher Anstieg der

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OurchfluBgeechwindigkeit bei einer vorgegebenen Kompressor— geschwindigkeit erreicht.

Wenn sich das Ventilelement vollständig gesetzt hat (wie in den Figuren 2, 3 und 5 gezeigt), wird der dem Druckunterschied ausgesetzte wirksame Bereich desselben durch den Auslaßkanal 1Θ festgelegt, d.h. durch einen beträchtlich kleineren Bereich als der vom Außenumfang des Ventils bestimmte Bereich. Oa es wünschenswert ist, eine so leicht wie möglich ausgebildete Konstruktion einzusetzen, um die Ventilbeschleunigung auf ein Maximum zu bringen, ist es folglich möglich, das Ventil ausreichend leicht zu konstruieren (was die Materialfestigkeiten und die strukturelle Form anbetrifft}, so daß es nicht in der Lage sein muß, die Spannungen aufzunehmen (ohne übermäßige oder permanente Verformung), die entstehen würden, wenn der maximale Druckunterschied über das Ventilelement auf den maximalen Bereich dessel-ben ausgeübt würde, wenn sich dieses gesetzt hätte, solange wie das Ventilelement den maximalen Druckunterschied aufnimmt, der auf den kleineren wirksamen Bereich desselben einwirkt, der vom Innenumfang des Auslaß— kanals gebildet wird. Mit anderen Worten, das Ventil müßte eine viel massivere (und folglich schwerere) Konstruktion besitzen, wenn der gesamte Querschnittsbereich desselben im sitzenden Zustand den einwirkenden Druckunterschieden ausgesetzt wäre. Die relativen Winkel des Ventilelementes

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und des Sitzes dienen darüber hinaus dazu, den Aufprall der Teile beim Schließvorgang zu dämpfen, wodurch (zusammen mit dem geringen Gewicht) weiter zur Herabsetzung von Geräuschen und Verschleiß beigetragen wird.

Das Ventilelement 30 besitzt vorzugsweise eine geringere Dicke als die Ventilplatte 12, um eine angemessene Abdichtung der Seitenwände 32 und der Seitenwände 28 sicherzustellen und um zu vermeiden, daß sich durch Abnutzung in den Seitenwänden 32 eine Teilringnut oder vollständige Ringnut ausbildet, die möglicherweise einen richtigen Sitz und/ oder eine richtige Abdichtung des Ventilelementes 30 behindern kann. Desweiteren wird der Randabschnitt 60 vorzugsweise mit einem kleinen Radius oder einer Abfasung ausgestattet, um auf diese Weise sicherzustellen, daß auch bei einer Verschiebung oder geringfügigen Schrägstellung des Ventilelementes während des Schließvorganges eine gute Abdichtung erhalten wird. Desweiteren sind die Enden der Feder 42 vorzugsweise quadratisch ausgebildet und geschliffen, und die Feder besitzt einen Durchmesser,, der relativ zum Durchmesser des Ventilelementes 30 so groß wie möglich ausgebildet ist, um die von dieser ausgeübte Beaufschlagungskraft so nahe wie möglich an die Seitenwände 32 heranzubringen und dazu beizutragen, daß eine Verschiebung, Verschwenkung oder eine andere Fehlorientierung des Ventilelementes 30 während seines Betriebs verhindert wird.

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Die vorliegende Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 in Verbindung mit einem zungenförmigen Aasaugventil beschrieben; sie kann jedoch genauso gut in Verbindung mit herkömmlichen ringförmigen Ansaugventilen Verwendung finden, wie bei einer in Figur 5 mit 64 bezeichneten Ausführungsform gezeigt. Die Ventileinheit 64 umfaßt eine Ventilplatte 66, die einen relativ großen, unregelmäßig geformten, allgemein ringförmigen ausgenommenen Abschnitt 66 aufweist, der in ihrer unteren Fläche 70 ein Saugplenum ausbildet. Desweiteren ist eine Auslaßöffnung 72 mit kegelstumpfförmiger Gestalt vorgesehen, die von einer radial einwärts geneigten oder konisch ausgebildeten Seitenwand 74 begrenzt ist, die sich zwischen der oberen Fläche 76 und der unteren Fläche 70 der Ventilplatte 66 erstreckt. Die Fläche 76 der Seitenwand 74 bildet einen Ventilsitz für ein Auslaßventilelement 30', das durch Gasdruck mit dieser Fläche in dichtenden Eingriff gepreßt wird. Eine Feder 44* erstreckt sich zwischen dem Ventilelement 30' und einer Federhalterung 50', wobei alle Bestandteile im wesentlichen den in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Teilen entsprechen.

Innerhalb der Ausnehmung 68 ist ein allgemein ringförmiger Ventilplatteneinsatz Θ0 angeordnet, durch den sich Befestigungselemente Θ2 erstrecken, um die Ventileinheit 64 an einem Zylindergehäuse 64 zu befestigen. Eine Vielzahl

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von im Abstand angeordneten ausgeschnittenen Bereichen oder sich radial erstreckenden Schlitzen (nicht gezeigt) ist durch den Ventilplatteneinsatz Θ0 vorgesehen, ura einen Strömungsmittelfluß zwischen der radial inneren und äußeren Seite des Einsatzes zu ermöglichen.

Desweiteren ist ein zweiter Einsatz in Form eines Ringes vorgesehen, der in einer ringförmigen Einkerbung ΘΘ angeordnet ist, die in dem radial inneren Rand der unteren Fläche 90 des Ventilplatteneinsatzes Θ0 vorgesehen ist. Dieser zweite Einsatz ist mit einer Vielzahl von im Abstand angeordneten, sich radial einwärts erstreckenden Verstärkungsrippen 92 versehen, die sich in Eingriff mit der Fläche 94 der Seitenwand 74 erstrecken. Die« geht am besten aus Figur 6 hervor, in der eine Unteransicht einer anderen Version des AuslauBventils dargestellt ist, das Jedoch mit einem ringförmigen Ansaugventil der gleichen Konstruktion wie bei der vorliegenden Ausführungsform versehen ist.

Das Ende 96 der Seitenwand 74 ist koplanar zu der unteren Fläche 70 der Ventilplatte 66, der unteren Fläche 90 des Ventilplatteneinsatzes Θ0 und der unteren Fläche 9Θ des Ringes 86 angeordnet. Ein zungenförmiges Ansaugventilelement 100 in Form eines Ringes befindet sich mit den unteren Flächen 96 und 98 dichtend in Eingriff, um einen

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Strömungsmitteldurchgang zwischen dem Einsatzring 66 und der Fläche 94 in die Kompressionskammer 102 zu verhindern· In dem zungenförmigen Ventilelement 98 ist eine mittlere Öffnung 104 vorgesehen, die koaxial zur Auslaßöffnung 72 angeordnet ist, um eine direkte Strömungsmittelverbindung zwischen der Kompressionskammer 102 und der unteren Fläche 34* des Auslaßventilelementes 30' zu ermöglichen. Wie man an besten aus Figur 6 ersehen kann, besitzt das zungenförmige Ansaugventilelement 100 auch zwei diametral gegenüberliegende, sich radial nach außen erstreckende Lappenab— schnitte 10Θ und 110, von denen jeder mit einer geeigneten Öffnung 112 versehen ist, die sich durch den Abschnitt hindurcherstreckt. Wie aus Figur 5 hervorgeht, sind die Lappenabschnitte 108 und 110 in entsprechend eingekerbten Abschnitten 114 und 116 des Zylindergehäuses Θ4 angeordnet, wobei sich durch die Öffnungen 112 Befestigungselemente 62 erstrecken, um das zungenförmige Ansaugventilelement 100 an den Zylindergehäuse zu befestigen.

Wenn sich der in der Kompressionskammer 102 angeordnete Hubkolben (nicht gezeigt) während eines Saughubes von der Ventileinheit 64 wegbewegt, bewirkt der Druckunterschied zwischen der Kompressionskammer 102 und dem Saugplenum 6Θ eine Einwärtsbiegung des zungenförmigen Ansaugventilelementes 100 in bezug auf die Kompressionskammer 102, so daß dadurch Strömungsmittel von dem Saugplenum in die Kompreesionskammer 102 durch die Einlaßkanäle 106 strömen kann. Oa sich nur

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dia Lappenabschnitte 10Θ und 110 des zungenförmigen Ansaugventilelemantes 100 nach außen über die Seitenwände 118 der Kompressionskammer 102 hinauserstrecken, setzt eine rasche Strömung in die Kammer 102 zwischen dem zungenförmigen Ansaugventilelement 100 und den beiden Flächen 98 und 96 um im wesentlichen den ganzen Innen- und Außenumfang des Ansaugventilelementes 100 herum ein. Wenn der Kompressionshub des Kolbens beginnt, wird das Ansaugventil 100 in dichtenden Eingriff mit den Flächen 96 und 98 gepreBt, und das Auslaßventilelement beginnt in der in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Weise zu arbeiten. Aufgrund der vorstehend beschriebenen konzentrischen Anordnung wird im wesentlichen der gesamte zur Verfügung stehende Oberflächenbereich oberhalb der Kompreesionskammer 102 für die Ansaug- und Auslaßventile und Öffnungen nutzbar gemacht, wodurch eine maximale Strömungsmittelmenge in die Kompressionskammer 102 hinein und wieder aus dieser heraus fließen kann.

In den Figuren 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die sogar eine weitere Nutzbarmachung des die Kompressionskammer überlagernden Ventilplattenoberflächenbereichs gestattet,indem ein zweiter konzentrisch angeordneter Auslaßöffnungsbereich vorgesehen ist. Mit Ausnahme des Auslaßventilelementes und der Federhalterung sind die verschiedenen Elemente und Teile der

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Ansaug- und Auslaßventileinheit 120 im wesentlichen mit den entsprechenden Teilen der Ventileinheit 64 der Figur 5 identisch, so daß daher die gleichen Bezugsziffern zur Kennzeichnung von identischen Teilen verwendet werden und eine weitere Beschreibung dieser Teile überflüssig ist.

Ein Auslaßventilelement 122 ist innerhalb des Auslaßkanals 72 angeordnet. Das Auslaßventilelement 122 entspricht dem Auslaßventilelement 30 und ist vorzugsweise aus einem polymerem Material hergestellt, das die vorstehend aufgezeigten Eigenschaften und eine kegelstumpfformige Gestalt besitzt, die auswärts divergierende Seitenwände 124, eine untere Fläche 126 und eine obere Fläche 128 umfaßt. Bei dieser Ausführungsform ist das Ventilelement 122 Jedoch auch mit einer mittig angeordneten, allgemein kegelstumpfförmig ausgebildeten Öffnung 130 versehen, die von aufwärts konvergierenden Seitenwänden 132 begrenzt wird. Desweiteren ist ein kegelstumpfförmiges Scheibenelement 134 mit aufwärts konvergierenden Seitenwänden 136 vorgesehen, das an einem zylindrischen Zapfen 138 befestigt ist und von diesem getragen wird. Der Zapfen 138 ist mit einem oberen Gewindeabschnitt 140 versehen, der sich durch eine Gewindeöffnung 142 erstreckt, die in einer Federhalterung 144 vorgesehen ist, und mit dieser zusammenwirkt, damit eine untere Fläche 146 des Scheibenelementes 134 in bezug auf die unteren Flächen 70 und 126 der Ventilplatte 66 und des Auslaß-

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ventilelementes 122 im wesentlichen koplanar dazu eingestellt werden kann. Die Halterung 144 dient ebenfalls dazu— die Öffnungsbewegung des Ventilelementes 122 zu begrenzen.

Wie vorstehend in Verbindung mit dem Auslaßventilelement bemerkt, ist die konische Seitenwand 124 des Auslaßventilelementes 122 vorzugsweise mit einem eingeschlossenen Winkel versehen, der (im unbelasteten Zustand) größer ist als der eingeschlossene Winkel des Kegels der Seitenwand 7Θ. In ähnlicher Weise und aus den gleichen Gründen ist der eingeschlossene Winkel der konischen Seitenwand 132 (im unbelasteten Zustand) größer als der eingeschlossene Winkel des Kegels der Seitenwand 136.

Die Ventileinheit 120 funktioniert im wesentlichen in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebene Ventileinheit 64, mit der Ausnahme, daß bei einer Aufwärtsbewegung des Auslaßventilelementes 122 unter Druck stehendes Strömungsmittel sowohl zwischen den Seitenwänden 7Θ und 124 als auch zwischen den Seitenwänden 132 und 135 ausgestoßen werden kann. Diese Ausführungsform ermöglicht daher wesentlich erhöhte Auslaßströmungsgeschwindigkeiten innerhalb des relativ beschränkten Kopfbereiches bei einer vorgegebenen Zylindergröße, indem der zur Verfugung stehende Auslaßöffnungsbereich wesentlich erhöht wird. Auf der anderen Seite ist diese Ausführungsform aufgrund der

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zwischen den beiden getrennten Sitzen zur Sicherung einer guten Abdichtung erforderlichen engen Toleranzen schwieriger herzustellen·

In Figur θ ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinheit 146 dargestellt, bei der die AuslaBventilanordnung der Figur 6 in Verbindung mit einem zungenförmigen Ansaugventil der in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsform Verwendung findet. Oa demzufolge die bei dieser Ausführungsform verwendeten Elemente im wesentlichen den jeweiligen Elementen der Figuren 1 bis 4 und 6 entsprechen, wurde ähnliche Teile mit gleichen Bezugsziffern, die ein doppeltes Apostroph aufweisen, versehen. Eine weitere Beschreibung dieser Elemente erübrigt sich.

In Figur 9 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die das Bezugszeichen 148 trägt. Bei dieser Ausführungsform sind gegenüber der Ausführungsform der Figuren 1 bis 5 zusätzliche Öffnungen vorgesehen· Die Ventileinheit 14Θ umfaßt eine Ventilplatte 150, die ein übliches zungenförmiges Ansaugventilelement 152 aufweist, das mit deren unterer Fläche 154 in Eingriff steht, sowie eine kegelstumpfförmige Auslaßöffnung, die von aufwärts divergierenden Seitenwänden 158 begrenzt wird. Diese Teile entsprechen im wesentlichen denjenigen der Figuren 1 bis 5.

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Bei dieser Ausführungsform ist jedoch eine zweistückige AuelaBventileinheit vorgesehen, die ein erste³kegelstumpfförmiges Ausleßventilelement 160 umfaßt, das mit aufwärts divergierenden Seitenwänden 162 versehen ist, die dichtend mit den Seitenwänden 158 in Eingriff treten können, eine ringförmige Ausnehmung 164, die in einer oberen Fläche 166 desselben vorgesehen, und eine mittig angeordnete kegelstumpfförmige Öffnung, die durch Seitenwände 16Θ, die innerhalb der Ausnehmung 164 vorgesehen sind, begrenzt wird. Ein zweites relativ bewegliches kegelstumpfförmiges Auslaßventilelement 170 ist mit aufwärts divergierenden Seitenwänden 172 versehen, die mit den Seitenwänden 168 dichtend in Eingriff treten können. Das Auslaßventilelement 170 ist in seiner oberen Fläche 176 mit einer Ausnehmung 174 versehen, die ein Ende eines eine Vorspannung ausübenden Federelementes 178 aufnehmen kann, dessen anderes Ende sich mit einer Schulter 180 in Eingriff befindet, die an herabhängenden Vorsprüngen 182 der Federhalterung 184 vorgesehen ist. Ein zweites, eine Vorspannung ausübendes Federelement 186 ist mit einem Ende in der Ausnehmung 164 des Auslaßventilelementee 160 angeordnet, und das andere Ende des Federelementes befindet sich mit einer ringförmigen Ausnehmung 188 in Eingriff, die den Vorsprung 182 der Federhalterung 184 umgibt. Auf diese Weise können die Federelemente 178 und 186 unabhängig voneinander die jeweiligen Auslaßventilelemente 170 und 160 in engen Dichtungseingriff unter Vorspannung halten. Die

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Federhalterung 184 kann desweiteren mit einem Anschlag in Form einer ringförmigen Schulter 190 versehen sein, der sich mit der oberen Fläche 166 des Auslaßventilelementes 160 in Eingriff befinden und gleichzeitig eine kontinuierliche Aufwärtsbewegung des AuslaBventilelementes 170 zulassen kann.

Es versteht sich, daß die Reihenfolge der Öffnungsvorgänge der Auslaßventilelemente 160 und 170 in einfachtir Weise dadurch festgelegt werden kann, daß die entsprechenden Federeigenschaften unter Verwendung genormter Größen ausgewählt werden. Beide Auslaßventilelemente 160 und 170 sind vorzugsweise aus einem geeigneten polymeren Material hergestellt, das die vorstehend erwähnten Eigenschaften und eine ausreichende Oicke besitzt, um die erforderliche Festigkeit zur Verfügung zu stellen. Diese Dicke sollte jedoch geringer sein als die Dicke der Ventilplatte 150. Beide Elemente sollten desweiteren konische Ventilsitze mit eingeschlossenen Winkeln, die (im unbelasteten Zustand) größer sind als die eingeschlossenen Winkel der entsprechenden Ventilsitzseitenwände, aufweisen. Desweiteren sind die relativen Durchmesser der Auslaßventilelemente 160 und 170 so groß, daß zusammen mit der Fläche 154 der Ventilplatte 150 eine im wesentlichen planere untere Fläche gebildet wird.

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Was die Neigungswinkel der entsprechenden Ventilelemente und

so
Ventilsitze anbetrifft, sind ausgezeichnete Testergebnisse mit Ventilelementen erzielt worden, die im unbelasteten Zustand Neigungswinkel der Seitenwände in bezug auf die Achse des Ventilsitzes oder des Auslaßkanals besitzen, die etwa 45° (eingeschlossener Winkel von 90 ) aufweisen zusammen mit einem Neigungswinkel des entsprechenden Ventilsitzes von 47 (eingeschlossener Winkel von 94 ). Diese angenäherten Winkel können bei allen offenbarten Ausführungsformen der Erfindung Anwendung finden, unabhängig davon, ob sich die Kantaktfläche zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz am Außenumfang des Ventilelementes oder am Innenumfang des Ventilelementes befinden.

Es wird davon ausgegangen, daß die bei Verwendung der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Auslaßventiles erhaltenen beträchtlichen Verbesserungen im Betriebsverhalten (wenn das Ventil als Ersatz für bestehende Auslaßventile bei gegenwärtig existierenden Kältekompressoren eingesetzt wird) auch dann erreicht werden, wenn andere Materialien als polymere Materialien verwendet werden. In den Figuren 10 - 15 sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen mit geringem Gewicht dargestellt, bei denen das Ventilelement aus Metall besteht. Diese Ausführungsformen bieten ebenfalls die Vorteile der vorliegenden Erfindung. Bei allen Ausführungsformen ist die Ventilplatte

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mit 212, die Auslaßöffnung oder der Auslaßkanal mit 218, der kegelstumpfförmige Ventilsitz mit 22Θ und die schraubenförmige Druckfeder mit 244 bezeichnet.

Das in Figur 10 mit 230 bezeichnete Ventilelement weist eine kegelstumpfförmige Gestalt auf, die beispielsweise durch einen Stanzvorgang aus Blech hergestellt worden ist, und ist mit einem allgemein flachen, mittleren scheibenförmigen Abschnitt 232 und sich aufwärts und auswärts erstreckenden konischen Seitenwänden 234 versehen, deren Außenflächen sich mit dem Ventilsitz 22Θ in exakt der gleichen Weise dichtend in Eingriff befinden wie bei den vorstehend beschriebenen Ventilelementen. Das Ventilelement 230 ist profiliert, bo daß sich die Feder 244 mit demselben ungefähr an den Schnittstellen der Abschnitte 232 und 234 in Eingriff befindet. Die Ausführungsform der Figur 11 entspricht im wesentlichen der der Figur 10, wobei das mit 246 bezeichnete Ventilelement ebenfalls aus Metallblech herausgestanzt oder in ähnlicher Weise ausgeformt worden ist, jedoch mit einem aufrechten äußren Umfangsflansch 248 ausgestattet ist, der eine innere Schulter für den Kontakt mit und die Lagerung einer Feder 244 bildet. In Figur 12 ist ein ähnliches Ventilelement bei 250 gezeigt, das sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch unterscheidet, daB eine bestimmte ringförmige Tasche 252, die einen Boden und Seitenwände aufweist,zum Außenumfang des Ventilelementes benachbart angeordnet ist, um die Feder 244 zu lagern

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und mit dieser in Eingriff zu treten« Die Ausführungsform der Figur 13 umfaßt ein Ventilelement 254, das im wesentlichen dem der Figur 12 entspricht, jedoch profiliert oder entsprechend ausgenommen ist, um das Gewicht zu reduzieren· Wie man Figur 13 entnehmen kann, ist das Metall des mittleren scheibenförmigen Abschnittes 232 zum großen Teil wesentlich dünner ausgebildet, wobei durch einstückig mit diesem ausgebildete Rippen 256 und 25Θ eine gewisse Verstärkung erreicht wird. Die Ausführungsformen der Figuren 12 und 13 können durch Kaltschlagen hergestellt werden. Andere Herateilungstechniken, beispielsweise Gießen, können ebenfalls bei irgendeiner der metallischen Ausführungsformen Anwendung finden, wie dem Fachmann bekannt ist. Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ins Auge gefaßt, daß das Ventilelement aus einem einzigen Metallstück geformt wird, beispielsweise aus Stahl, Bronze, Aluminium o.a..

Das erfindungsgemäß ausgebildete Ventilelement kann ebenfalls als Verbundelement in der in den Figuren 14 und 15 dargestellten Weise hergestellt werden. In beiden Figuren entspricht das mit 260 bezeichnete Ventilelement im wesentlichen dem in Figur 10 gezeigten Element, obgleich es ein geringfügig kleineres Maß aufweist. Steifigkeit und Festigkeit erhält das Element durch einen verdickenden oder ausgefüllten Mittelabechnitt 262, der aus einem extrem leichten steifen Material (beispielsweise steifer Schaum, metallische

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Wabenstrukturen o.a.) besteht, das mit dem Ventilelement fest verbunden und mit einer geeigneten Verstärkungs- und Schutzhülle 264 versehen ist, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Materials verbunden und starr an der Innenfläche des Ventilelementes 260 befestigt ist, beispielsweise durch Hartlöten. Der Mittelabschnitt 262 verbindet das Ventilelement 260 mit der Umhüllung 264, so daß beide als ein Träger wirken. Die Umhüllung 264 und das Element 260 können aus einem der vorstehend beschriebenen Metalle hergestellt sein. Vorzugsweise bildet die Umhüllung 264 eine ringförmige Ausnehmung 266 zur Aufnahme einer Feder 244.

Bei allen in den Figuren 10 bis 15 dargestellten Ausführungs— formen Bind die jeweiligen Winkel der Ventilsitze und der Außenfläche der Seitenwände 234 mit denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen identisch, und die Dicke des Seitenwandabschnittes 234 ist (für das verwendete Metall) so ausgewählt, daß die Einheit so leicht wie möglich wird und daß die erforderliche Nachgiebigkeit oder Elastizität vorhanden ist, damit das Ventilelement ohne permanente Verformung schließen und abdichten kann. In ähnlicher Weise ist der mittlere Scheibenabschnitt 232 so leicht wie möglich ausgebildet, weist jedoch für das verwendete Material eine ausreichende Dicke und Festigkeit auf (in Verbindung mit dem mittleren Aussteifungsabschnitt 262, falls dieser Anwendung findet), um eine im wesentlichen flache bündige

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o κ ι / r. ?

Oberfläche (d.h. ohne übermäßige Verformung oder permante Formänderung) am oberen Ende der Zylinderkammer vorzusehen, wenn das Ventil geschlossen und den normalerweise vorhandenen maximalen Druckunterschieden ausgesetzt ist, wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungen. Bei allen Ausführungsformen, bei den das Ventilelement aus Metall besteht, sei es nun als einstückiges oder Verbundelement ausgebildet, besitzt das Ventilelement im Vergleich zu Gekannten konischen Ventilen ein extrem geringes Gewicht und weist die Vorteile der vorstehend beschriebenen Ventilelemente aus polymerem Material, insbesondere der in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen, auf. Idealer Weise werden die Ventilelemente der Figuren 10 bis 15 so geformt, mit solchen Abmessungen versehen und bestehen aus einem solchen Material, daß die mit der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Ventilelementes erhaltenen Eigenschaften erreicht werden. Obwohl Ventilelemente aus Metall geringfügig mehr Geräusche verursachen als solche aus polymerem Material, bewirkt der fortschreitende Eingriff zwischen dem Ventilement und dem Ventilsitz infolge des relativen Winkels zwischen diesen ein gewisses Ausmaß an Geräuschdämpfung.

Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Ventiles besteht darin, daß im Unterschied zu Zungenventilen das Gewicht oder die Masse des Ventiles unabhängig von der Kraft der Rückführ-

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UO) -

feder (d.h. der Federn 44, 44¹, 44·· etc.) ist. Dadurch wird es möglich, die Feder so auszuwählen, daß die Ventil— frequenz (um ein Schließen so nahe wie möglich am oberen Totpunkt zu erreichen) und/oder die Ventilvorspannung (die anfänglich vorhandene Dichtkraft in Abwesenheit eines Druckunterschiedes) optimiert wird. Da eine der wichtigen Funktionen der Rückführfeder darin besteht, das Ventil zu stabilisieren, wenn dieses aufgrund des sich ändernden Druckunterschiedes zyklisch beansprucht wird, besitzt die Feder vorzugsweise einen möglichst großen Durchmesser.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung wird die Ventilplatte im Kompressor in üblicher Weise eingesetzt, und die Kolben, Zylinder, Ansaugventile, Krümmer etc. sind in herkömmlicher Weise ausgebildet. Falls dies gewünscht wird, kann das obere Ende des Kolbens geringfügig profiliert sein, um den kleinen dünnen Raum in der Mitte des Ansaugventiles auszufüllen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet, und dadurch das Reexpansionsvolumen weiter zu reduzieren. Desweiteren können die Brücken auch anstelle von zwei Beinen mit drei Beinen versehen sein, um den Strömungsbereich zu erhöhen.

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Claims

·) Auf Druck ansprechende Ventileinheit für einen Gaskompressor, gekennzeichnet durch eine Ventilplatte mit einer inneren Oberfläche, die zum Teil eine Kompressionskammer begrenzt, eine Auslaßöffnung, die eich durch die Ventilplatte er-

in
streckt, Einrichtungen, die/der Öffnung einen Ventilsitz mit kreisförmigem Querschnitt bilden, der in Richtung von der Zylinderkammer weg einen zunehmenden Durchmesser aufweist, und ein Auslaßventilelement, das aus einem relativ nachgiebigen Material geformt ist, innerhalb der Öffnung angeordnet ist und eine Urafangsrandflache aufweist, die mit dem Ventilsitz dichtend in Eingriff treten kann, wobei die Umfangsrandfläche des AuslaBventilelementes und die Seitenwand der Ventilsitzöffnung so ausgebildet sind, daß ein Abschnitt der Randfläche während des Schließvorganges zuerst mit dem Ventilsitz in Eingriff tritt, womit ein vollständiges Setzen des Auslaßventilelementes in Verbindung mit einer Verformung desselben verbunden ist.

2. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Randfläche mit dem größtem Durchmesser zuerst mit dem Ventilsitz in Eingriff tritt.

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3. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrandfläche des AuslaBventilelementes und die Seitenwand der Ventilsitzöffnung so ausgebildet sind, daß der Abschnitt der Randfläche mit größtem Durchmesser während des Schließvorganges zuerst mit dem Ventilsitz dichtend in Eingriff tritt und zuletzt während des Öffnens des Ventil· und daß ein Randabschnitt der Randfläche mit kleinerem Durchmesser nach vollständigem Schließen das Ventils dichtend mit dem Ventilsitz in Eingriff tritt, wobei der das Ventil betätigende Druck auf den kleineren Bereich des Ventilelementes innerhalb des kleineren Durchmessers nach dem vollständigen Schließen einwirkt und auf den vollständigen Bereich des Ventilelementes während des Öffnens desselben»

4. Ventileinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement normalerweise einen Druckunterschied über dasselbe von bekanntem Maximalwert aufnehmen kann und zur Massenreduzierung und Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit eine Konstruktion mit niedrigem Gewicht und begrenzter Festigkeit besitzt, wobei das Ventilelement eine Gesamtfestigkeit aufweist, die dazu ausreicht, dem auf den kleineren Bereich einwirkenden Druck ohne übermäßiger Verformung Widerstand zu leisten, und die nicht ausreichend ist, um dem auf den Gesamtbereich einwirkenden Druck zu widerstehen.

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5> Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi sie eine Feder aufweist, die das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz unter Vorspannung hält.

6· Ventileinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrandfläche des Auslaßventilelementes und die Seitenwand der Ventilsitzöffnung so ausgebildet sind, daß der Abschnitt der Randfläche mit größtem Durchmesser während

des Schlievorganges zuerst mit dem Ventilsitz in Eingriff tritt, wodurch ein vollständiges Setzen des Ventils verbunden mit einer Verformung und Belastung desselben eintritt, und daß die durch das Ventilelement vom Ventilsitz weg ausgeübte Kraft, wenn sich das Ventilelement entspannt, größer ist als diejenige Kraft, die die Feder gegen das Ventilelement ausübt, wenn sich dieses gesetzt hat.

7. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz eine konische Form aufweist·

8· Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrandfläche eine konische Form besitzt«

9. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz und die Umfangsrandfläche konisch ausgebildet sind·

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10· Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Feder aufweist, die das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz führt und unter Vorspannung setzt und die sich unmittelbar mit dem Ventilelement in Eingriff befindet und die einzige Führung für das Ventilelement bildet, wenn sich dieses in Richtung auf den Ventilsitz und von diesem weg bewegt·

11. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilplatte eine äußere Oberfläche aufweist und daß das Ventilelement (im vollständig geschlossenen Zustand) völlig zwischen den Ebenen der inneren und äußeren Oberfläche der Ventilplatte angeordnet ist.

12. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Gasansaugöffnung aufweist, die sich durch die Ventilplatte erstreckt, eine allgemeine ringförmige Gestalt aufweist und die Auslaßventilsitzöffnung umgibt, und daß ein ringförmiges Ansaugzungenventil innerhalb der Kompressionskammer angeordnet ist und die Auslaßventilsitzöffnung umgibt, um den Strom des angesaugten Gases durch die Gasansaugöffnung zu steuern·

13. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement mit einer inneren Oberfläche versehen ist, die mit der inneren Oberfläche der Ventilplatte im wesentlichen bündig abschließt, wenn eich das Ventilelement gesetzt hat.

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14. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren Einrichtungen umfaßt, die die Bewegung des Ventilelementes in bezug auf die Ventilplatte in Öffnungerichtung des Ventiles begrenzen·

15· Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie deeweiteren Einrichtungen aufweist, die in der Ventilplatte Ansaugkanäle ausbilden, und ein Ansaugventilelement, das sich mit der inneren Oberfläche der Ventilplatte in Eingriff befindet, um abwechselnd einen Strömungsmittelfluß durch die Ansaugkanäle zu gestatten und zu verhindern.

16. Ventileinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugventilelement ein Zungenventil ist, das eine sich hindurchstreckende mittlere Öffnung aufweist, die zu der Auslaßventilsitzöffnung ausgerichtet ist.

17. Ventileinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugkanäle eine Vielzahl von Öffnungen durch die Ventilplatte auf einer Seite der Auslaßventilsitzüffnung umfassen.

1Θ. Ventileinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugkanäle eine Vielzahl von Öffnungen umfassen, die um den Umfang der Auslaßventilsitzöffnung herum angeordnet sind.

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19. Ventileinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugventil eine kreisförmige und ringförmige Zunge aufweist, die konzentrisch zu der Auslaßventilsitzöffnung angeordnet ist.

20. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren Einrichtungen aufweist, die eine Öffnung durch das Auslaßventilelement bilden, und Dichtungseinrichtungen, die sich mit der Seitenwand der Öffnung in dem Ventilelement dichtend in Eingriff befinden, wenn eich das Auslaßventilelement in einer geschlossenen Position befindet, um auf diese Weise einen Strömungsmittelfluß durch die Auslaßventilsitzöffnung zu verhindern, wobei die Dichtungseinrichtungen und das Auslaßventilelement relativ zueinander beweglich sind, um einen zusätzlichen Strömungsmittelfluß nach außen zu ermöglichen, wenn sich das Auslaßventilelement in einer geöffneten Stellung befindet.

21. Ventileinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtungen ein kegelstumpfförmiges Scheibenelement umfassen, das in der Öffnung des Auslaßventilelementes dichtend angeordnet ist.

22. Ventileinheit nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtungen und das Ventilelement je weils innere Oberflächen aufweisen, die zu der inneren

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Oberfläche der Ventilplatte koplanar Bind, wenn sich das Ventilelement in einer geschlossenen Stellung befindet.

23· Ventileinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daB die Seitenwand der Öffnung durch das Ventilelement und die äußere Umfangefläche der Oichtungseinrichtungen eine konische Form aufweisen.

24. Ventileinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Winkel der konischen Seitenwand der Öffnung durch das Ventilelement im unbelasteten Zu stand geringfügig von dem eingeschlossenen Winkel der konischen Oberfläche der Oichtungseinrichtungen verschieden ist.

25. Ventileinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daB die konische Seitenwand der Öffnung durch das Ventilelement den größeren eingeschlossenen Winkel besitzt.

26. Ventileinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daB die konische Oberfläche der Dichtungseinrichtungen den größeren eingeschlossenen Winkel aufweist.

27. Ventileinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren Stützeinrichtungen aufweist, die die Dichtungseinrichtungen relativ zu der Ventilplatte fest lagern.

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Λ - θ -

28* Ventileinheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtungen einen Zapfenabschnitt umfassen, der von den Oichtungseinrichtungen auswärts vorsteht, und daß Rückhalteeinrichtungen an der Ventilplatte befestigt sind, wobei der Zapfen einstellbar mit den Rückhalteein-· richtungen verschraubt ist.

29. Ventileinheit nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Schraubenfeder aufweist, die koaxial zu dem Zapfenabschnitt angeordnet ist und sich zwischen den Rückhalteeinrichtungen und dem Ventilelement erstreckt.

30. Ventileinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Oichtungseinrichtungen relativ zu der Ventilplatte und dem Auslaßventilelement beweglich sind.

31. Ventileinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Oichtungseinrichtungen einen auswärts divergierenden Umfangsrand aufweisen, der sich mit der Seitenwand der Öffnung dichtend in Eingriff befindet und der unter einem größeren Winkel relativ zur Achse der Auslaßventilsitzöffnung divergiert als der entsprechende Winkel der Öffnung in dem Ventilelement, wenn sich die jeweiligen Teile im unbelasteten Zustand befinden.

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32· Ventileinheit nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren Rückhalteeinrichtungen aufweist, die an der Ventilplatte montiert sind, und daß Federeinrichtungen zwischen den Rückhalteeinrichtungen und dem Scheibenelement angeordnet sind, um letzteres in dichtende« Eingriff mit der Öffnung in dem Ventilelement unter Vorspannung zu halten·

33. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz und die Umfangsrandflache konisch ausgebildet sind, der eingeschlossene Winkel der Umfangsrandfläche im unbelasteten Zustand etwa 94 beträgt und der eingeschlossene Winkel der konischen Seitenwand der Ventilsitzöffnung

etwa 90° beträgt.

34. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement aus einem nachgiebigen polymeren Material geformt ist, das in der Lage ist, sich zur Anpassung an den Ventilsitz zu verformen.

35. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Polyimidharz ist.

36. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Aramidharz ist.

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37. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Polyesterharz ist.

38. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Polyphenylensulfidharz ist·

39. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Poly(amid-imid)harz ist.

40. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material ein Harz ist, das aus der nachfolgenden Gruppe ausgewählt ist: Polyimid, Aramid, Polyester, Polyphenylensulfid und Poly(amid-imid).

41. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Verhältnis Zugfestigkeit/Gewicht besitzt, das größer als etwa 3,25 χ 10⁵ psi/lt>_m ist.

42. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Verhältnis Biegefestigkeit/Biegemodul besitzt, das kleiner als etwa 0,04 ist.

43. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Izod-Kerbschlagzähigkeit besitzt, die größer als etwa 0,6 ist.

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44. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein thermoplastisches Preßharz ist.

45· Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement ringförmig ist und eine auswärts konvergierende zweite Sitzfläche aufweist, die konzentrisch zu der ersten Sitzfläche und innerhalb von dieser angeordnet ist, um mit einem zweiten Ventilsitz in Eingriff zu treten, der konzentrisch zu dem ersten Ventilsitz und radial innerhalb von diesem angeordnet ist.

46. Ventileinheit nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzflächen so profiliert sind, daß der Abschnitt der äußeren Sitzfläche mit größtem Durchmesser und der Abschnitt der inneren Sitzfläche mit kleinstem Durchmesser während des Schließens des Ventils zuerst mit ihren Sitzen in Eingriff treten, wodurch ein vollständiges Schließen des Ventile verbunden mit einer Verformung desselben eintritt.

47. Ventileinheit nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement eine koaxiale Öffnung aufweist, die von einem auswärts divergierenden zweiten Ventilsitz gebildet wird, der mit dem zweiten Auslaßventilelement zusammenwirken kann.

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48« Ventileinheit nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet! daß das erste und zweite Ventilelement unabhängig voneinander in Richtung auf ihre geschlossenen Stellungen unter Federvorspannung stehen.

49. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement so profiliert ist, daß die Druckunterschiede über dasselbe eine Bewegung der Umfangsrandfläche von einem teilweisen Eingriff mit dem Ventilsitz in einen vollständigen Eingriff mit demselben bewirken.

50. Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsrandflache des Ventilelementes so bemessen ist, daß sie sich in Abwesenheit eines Druckunterschiedes über das Ventilelement in einem im wesentlichen linienförmigen Kontakt mit dem Ventilsitz in Eingriff befindet und daß das Ventilelement infolge eines Restdruckes über das Ventilelement in Flächenkontakt zwischen ihrer Umfangefläche und einer entsprechenden Oberfläche des Ventilsitzes bewegbar ist begleitet von einer Reduzierung des wirksamen Querschnittsbereiches des Ventilelementes, der einem Druckunterschied ausgesetzt ist.

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