DE3534289C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für einen Kolbenverdichter, insbesondere einer Kleinkälte­ maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Zylinderkopf dieser Art (DE-OS 33 05 791) haben die Ventilplatte, die Dichtung und der Deckel einen annähernd rechteckigen Umfang. Die Schrauben sind im Bereich der vier Ecken angeordnet. Die Dichtung weist einen rechteckigen Rahmen auf, von dessen einer kurzen Seite ein Fortsatz nach innen ragt,e der einen Saugbereich begrenzt, während die wesentlich größere innerhalb des Rahmens verbleibende Fläche einen Druckbereich bildet. In der praktischen Ausführung be­ stehen die Ventilplatte und der Deckel aus Gußeisen.

Wenn aus irgendwelchen Gründen der Arbeitsdruck des Verdichters zu hoch ist und dieser Zustand eine gewisse Zeit anhält, zerreißt die Dichtung und der Verdichter ist unbrauchbar. Als Hauptgrund für einen zu hohen Druck sind Montagefehler anzusehen. Wenn beispielsweise die Druckleitung verschlossen ist, bricht die Dichtung bei der ersten Inbetriebnahme, ehe der Kontrolleur beim Probelauf den Fehler feststellen und den Verdichter wieder abschalten konnte. Hohe Drücke können aber auch im Betrieb auftreten, beispielsweise, wenn der Kondensa­ tor zu hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist, wenn er voller Staub sitzt oder wenn der Ventilator ausfällt. Extreme Kondensatordrücke können auch vorkommen, wenn das Drosselorgan blockiert ist und das Volumen des Kon­ densators kleiner als das des Kältemediums in der Flüs­ sigkeitsphase ist.

Es ist ferner bekannt (DE-PS 8 26 301; DE-OS 26 42 658, DE-GM 17 81 648, AT-PS 2 92 905 und US-PS 33 74 944), bei einem Zylinderkopf mit einer kreisförmigen Dichtung und einer kreisförmigen Ventilplatte einen Deckel zu verwenden, der einen ringförmigen Vorsprung besitzt. Durch diesen Vorsprung wird die Lage der Dichtung gesichert, die ihrerseits nicht von Befestigungsschrauben durchsetzt ist. Die Vorsprünge haben eine größere Höhe als die Dicke der Dichtung und können daher auch der Positionierung des Deckels auf der Ventilplatte dienen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder­ kopf der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem mit geringem konstruktivem Mehraufwand der Berstdruck, welcher zum Brechen der Dichtung führt, einen höheren Wert hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Ausgestaltung wird die Dichtung nicht nur durch die Spannkraft der Schrauben, sondern auch durch die Begrenzungselemente daran gehindert, sich beim Auf­ treten eines hohen Innendrucks nach außen zu verformen. Gerade diese Verformung scheint aber eine wesentliche Ursache für das Brechen der Dichtung zu sein. Der Berst­ druck hat dementsprechend höhere Werte. Im allgemeinen läßt er sich durch diese Maßnahme um 20% erhöhen. Dies hat zur Folge, daß beim Auftreten eines zu hohen Innen­ drucks entweder überhaupt kein Bersten mehr erfolgt oder aber der Berst-Zeitpunkt hinausgeschoben wird.

Die Begrenzungselemente können unmittelbar am Dichtungs­ umfang anliegen; sie erfüllen ihren Zweck aber auch dann, wenn sich der Dichtungsrand nach einer kurzen Anfangsbewegung an ihnen abstützt.

Da die Begrenzungselemente an dem Deckel ausgebildet sind, kann die Ventilplatte - wie bisher - auf einer Schleifmaschine mit äußerst glatten Ober­ flächen versehen werden. Außerdem können die Begrenzungs­ elemente zu einer Versteifung des Deckels beitragen.

Weil die Dichtung einen annähernd rechteckigen Umfang hat und die Schrauben im Bereich der vier Ecken angeord­ net sind, genügt es, wenn die Begrenzungselemente sich an den beiden längeren Seiten des Umfangs befinden. Die Längsränder der Dichtung sind durch den zu hohen Innendruck am meisten gefährdet.

Die Durchbiegung spielt mit Bezug auf den Berstdruck nur eine untergeordnete Rolle, weil die Begrenzungsele­ mente auch noch im durchgebogenen Zustand wirksam sind. Wenn sich die Dichtung nach einer gewissen Betriebszeit unter dem Einfluß des Einspanndrucks und der Arbeitstem­ peratur gesetzt hat, wobei sie ihre Dicke um etwa 10% vermindert hat und mehr oder weniger stark an der ge­ schliffenen Ventilplattenoberfläche haftet, führt die Durchbiegung des Deckels bei zu hohem Druck zu einem Ab­ blasen des Überdrucks, also zu einer Druckentlastung. Die Durchbiegung läßt sich so wählen, daß dieser Entlastungs­ effekt bei einem bestimmten Grenzdruck erfolgt. Es be­ steht dann nicht die Gefahr, daß der Verdichter infolge eines Dauerbetriebs mit zu hohem Druck Schaden nimmt.

Hierbei sollten die Begrenzungselemente längliche Rippen sein. Diese ergeben dort, wo die größte Durchbiegung zu erwarten ist, eine zusätzliche Versteifung.

Günstig ist es, wenn die Begrenzungselemente einen grö­ ßeren Abstand voneinander haben als die Breite der Ven­ tilplatte. Die Begrenzungselemente können dann eine die Dicke der Dichtung übersteigende Höhe haben und die Dichtung über ihre gesamte Dicke abstützen.

Vorzugsweise besteht der Deckel aus Aluminium-Druckguß. Durch Druckgießen lassen sich die Begrenzungselemente mit dem geringsten Mehraufwand an Material anformen. Auch können verhältnismäßig dünne Wände hergestellt werden.

Vorzugsweise besteht der Deckel aus Aluminium-Druckguß. Auch können verhältnismäßig dünne Wände hergestellt werden. Aluminiumdeckel sind leichter als Grau­ gußdeckel, biegen sich aber stärker durch. Die Begren­ zungselemente ermöglichen es aber, Aluminiumdeckel zu verwenden und trotzdem einen höheren Berstdruck zu er­ zielen, als es bisher mit Graugußdeckeln möglich war.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel biegt sich der Deckel bei einem Druck von 100 bar an der Stelle der stärksten Durchbiegung um mindestens 0,025 mm, je­ doch weniger als die Hälfte der Höhe der Begrenzungsele­ mente durch. Diese Art der Durchbiegung erlaubt verhält­ nismäßig dünne Wände beim Deckel, daher einen geringe­ ren Materialaufwand und somit geringere Materialkosten. Bei dieser Bemessung kann man den Grenzdruck zwischen etwa 30 und 70 bar wählen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf längs der Linie A-A in Fig. 3,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch den Randbereich der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den Deckel der Fig. 1 und

Fig. 4 eine Ansicht von unten auf die Dichtung der Fig. 1.

Der veranschaulichte Zylinderkopf weist einen Deckel 1 aus Aluminium-Druckguß, eine Dichtung 2 und eine Ventil­ platte 3 aus Grußeisen auf. Diese drei Teile sind mit Hilfe von vier Schrauben, welche durch an den Ecken des rechteckigen Querschnitts vorgesehene Schraubenlöcher 4 bzw. 5 greifen, an einem Zylinderblock 6 unter Zwis­ chenlage einer weiteren Dichtung 7 befestigt. Die Zylin­ derbohrung 8 ist gestrichelt veranschaulicht.

Die Ventilplatte 3 ist beidseitig geschliffen und weist Durchbrüche im Bereich des Saugventils und des Druckven­ tils auf, sowie weitere Durchbrüche, die zu seitlich neben der Zylinderbohrung 8 befindlichen Schalldämpfer­ kammer führen. Die weiteren Teile des Druck- und Saug­ ventils sind nicht veranschaulicht. Das Druckventil kann einen Aufbau haben, wie er sich aus DE-OS 33 05 891 ergibt. Das Saugventil kann ein an der Unterseite der Ventilkammer 3 angeordnetes Federplättchen aufweisen.

Die Dichtung 2 weist einen rahmenförmigen Rand mit zwei Längsabschnitten 9 und 10 sowie zwei Querabschnitten 11 und 12 auf. Von dem Querabschnitt 12 ragt ein Trennab­ schnitt 13 nach innen, der einen Saugbereich 14 von einem Druckbereich-15 und daher eine Druckventilkammer 15 a im Deckel 1 von einer Saugventilkammer 14 a trennt. Dementsprechend hat auch die Unterseite des Deckels 1 eine Fläche, die aus zwei Längsabschnitten 16 und 17, zwei Querabschnitten 18 und 19 sowie einem Trennwand­ abschnitt 20 besteht.

An der Außenseite der Längsabschnitte 16 und 17 befindet sich je ein Begrenzungselement 21 und 22 in der Form einer länglichen Rippe, die sich außerhalb des Umfangs 23 der Dichtung 2 befindet. Die Begrenzungselemente haben beispielsweise eine Höhe von 0,2 mm, während die Dichtung eine Dicke von 0,3 mm hat. Die Begrenzungsele­ mente haben einen größeren Abstand voneinander als die Breite der Ventilplatte 3. Sie können daher auch eine größere Höhe, beispielsweise 1,5 mm, haben. Hiermit wird sichergestellt, daß die Dichtung über die gesamte Höhe abgestützt werden kann. Die Dichtung kann nicht zwischen Begrenzungselement und Ventilplatte eingeklemmt werden. Bei der Montage schief eingebrachte Teile können gerade gerichtet werden.

Bei der Montage werden die Teile 1, 2 und 3 durch die Schrauben fest auf den Zylinderblock 6 gespannt. Hierbei erfährt die Dichtung 2 eine gewisse elastische Zusammen­ drückung. Die hierdurch auf die Dichtung 2 ausgeübten Klemmkräfte reichen aus, um die Dichtung beispielsweise bis etwa 85 bar an Ort und Stelle zu halten. Sollte der Druck im Druckbereich 15, also in der Druckventil­ kammer 15 a noch weiter ansteigen, so werden zunächst die Längsränder 16 und 17 der Dichtung 2 nach außen gedrückt.

Hierbei kommen sie an den Begrenzungselementen 21 und 22 zur Anlage. Sie werden abgestützt. Hierdurch wird der Berstdruck um etwa 20%, beispielsweise auf 115 bar, erhöht. Die meisten Fehler können daher bemerkt werden, bevor der Verdichter durch das Ausblasen der Dichtung zerstört wird. Die angebenen Werte beziehen sich auf einen Aluminiumdeckel der angegebenen Form. Für einen Gußeisendeckel, der mit dickeren Wänden und daher auch breiteren Randabschnitten der Dichtung versehen ist, gelten höhere Werte. Beispielsweise liegt der Berstdruck ohne Begrenzungselemente 21 und 22 bei 95 bar und mit diesen Begrenzungselementen bei etwa 130 bar.

Der Deckel 1 besteht aus Druck­ guß. Die Wände sind so dünn und der Druckbereich so hoch, daß mit steigendem Druck eine elastische Durchbie­ gung erfolgt. Diese Durchbiegung beeinträchtigt anfänglich die Dichtigkeit nicht. Denn die Elastizität der Dichtung 2 vermag Spaltänderungen bis zu 0,05 mm auszugleichen. Der angegebene Berstdruck von 115 bar berücksichtigt bereits diese Durchbiegung.

Wenn sich aber nach einer gewissen Betriebszeit unter dem Einfluß der Klemmkraft und der Arbeitstemperatur die Dichtung 2 gesetzt hat, ist ein so starker elasti­ scher Ausgleich bei einer Änderung der Spaltweite nicht mehr möglich. In diesem Fall ergibt sich in der Mitte der Längsabschnitte 16 und 17 eine Entlastungsöffnung 24 und 25 zwischen Deckel 1 und der an der Ventilplatte 3 haftenden Dichtung 2, sobald ein Grenzdruck, der ober­ halb des normalen Betriebsdruckbereichs liegt, aber nur einen Bruchteil des Berstdrucks ausmacht, überschrit­ ten wird.

Da eine erhebliche Durchbiegung des Deckels 1 aus Alumi­ nium-Druckguß zugelassen wird, ergibt sich ein leichter Deckel mit geringen Materialkosten und eine verhältnis­ mäßig große Druckventilkammer 15 a, die Geräusche zu dämpfen hilft.

Claims (5)

1. Zylinderkopf für einen Kolbenverdichter, insbesondere einer Kleinkältemaschine, bei dem eine Ventilplatte, eine flache Dichtung und ein Druck- und Saugventil­ kammern aufweisender Deckel aufeinander liegen und mittels zueinander passender Schrauben an einem Zylin­ derblock befestigt sind, wobei die Dichtung einen annähernd rechteckigen Umfang hat und die Schrauben die Dichtung im Bereich der vier Ecken durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden längeren Seiten des Deckels (1) dem Umfang (23) der Dichtung (2) zugeordnete Begrenzungselemente (21, 22) angeordnet sind und daß der Deckel (1) so ausgebildet ist, daß er sich beim Überschreiten eines über dem Betriebsdruckbereich liegenden Grenzdrucks elastisch durchbiegt und so eine Entlastungsöffnung (24, 25) zwischen Deckel (1) und Dichtung (2) entsteht.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungselemente (21, 22) längliche Rippen sind.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungselemente (21, 22) einen größeren Abstand voneinander haben als die Breite der Ventilplatte (3).

4. Zylinder nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (1) aus Aluminium-Druckguß besteht.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (1) sich bei einem Druck von 100 bar an der Stelle der stärksten Durchbiegung um mindestens 0,025 mm, jedoch weniger als die Hälfte der Höhe der Begrenzungselemente (21, 22), durchbiegt.