DE3735802A1

DE3735802A1 - Ansaugventil fuer druckluftkompressoren

Info

Publication number: DE3735802A1
Application number: DE19873735802
Authority: DE
Inventors: Jose Maria Goenaga Churruca
Original assignee: PUSKA COMPRESORES SA
Current assignee: PUSKA COMPRESORES SA
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1987-10-22
Publication date: 1988-05-05
Also published as: ES1000848U; ES1000848Y; FR2605682A1; FR2605682B1; IT1224227B; IT8767877A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugventil für Druckluftkom pressoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Druckluftkompressoren, die Zungen- oder Klappenventile für das Ansaugen und Ausstoßen der Luft in bzw. aus dem Zylinder verwenden, wie dies beispielsweise bei ortsbeweglichen Druckluftkompressoren der Fall ist, die für Bauarbeiten oder dergleichen verwendet werden.

Im wesentlichen besteht die Betriebsweise dieser Ventile darin, daß die Klappe oder Zunge zwei Positionen des Verschließens bzw. der Freigabe der Ansaug- oder Ausstoßöffnungen für die Luft einnehmen kann, je nachdem, welches Ventil gerade in Aktion ist. Zu diesem Zweck bestehen die Zungen oder Klappen im allgemeinen aus einem flexiblen Material und sie sind mit einem Begrenzungselement für ihre Öffnungsbewegung verse hen, das einerseits nahe an der Position des Ventilsitzes angeordnet ist, um die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils zu vergrößern, und das andererseits verhindert, daß sich die Zunge oder Klappe aufgrund ihrer Flexibilität bei der Öffnungsbewegung übermäßig verbiegt und nicht anspricht, wenn sie im Sinne eines Schließens beaufschlagt wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine spezielle Konstruktion des Ansaugventils, bei der der Widerstand in der Anlauf phase des Kompressors verringert wird.

Bei bekannten Kompressoren liegen im Ruhezustand des Kompressors die Zungen oder Klappen der Ansaug- und Ausstoßventile gegen ihren Ver schlußsitz an den entsprechenden Luftansaug- und -ausstoßöffnungen an, so daß sich diese Ventile in ihrer Verschlußstellung befinden.

In diesem Fall liegt der Druck der in dem Zylinder enthaltenen Luft in der Nähe des Atmosphärendruckes, während auf der anderen Seite des Ausstoßventiles, die mit dem Druckluftspeicher in Verbindung steht, der Druck wesentlich höher ist, wobei der normale Druck der Luft in dem Druckluftspeicher zwischen 6 und 10 Atmosphären liegt.

Dies führt natürlich dazu, daß das Ausstoßventil keine Weiterleitung der Luft zum Druckluftspeicher ermöglicht, solange der Druck in dem Zylinder nicht zumindestens leicht den in dem Druckluftspeicher herschenden Druck übersteigt, und dieser Druckwert wird nicht erreicht, bevor nicht der Kolben seine Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat.

Die Folge hiervon ist, daß während dieser Anlaufphase der Motor zusätz lich zu seiner Trägheit den großen Widerstand überwinden muß, der durch die Kompression der Luft in dem Zylinder hervorgerufen wird, die durch den Kolben hervorgerufen wird, der eine ausreichende Betriebsgeschwin digkeit erreichen muß, um die Luft in dem Zylinder auf einen Druck zu komprimieren, der ausreicht, um die Zunge oder Klappe des Ausstoßventils zu verbiegen, die mit dem erheblichen Druck des Speicherkreises beauf schlagt wird, so daß hierbei die eigentliche Kompressorwirkung des Kolbens dem Erreichen der Betriebsgeschwindigkeit entgegenwirkt.

Aus dieser Tatsache ergibt sich, daß in der Anlaufphase eine Reihe von negativen Effekten auftritt, die der Funktionalität und einer wirt schaftlichen Konstruktion und einer wirtschaftlichen Betriebsweise des Kompressors entgegestehen, wobei diese Effekte wie folgt definiert werden können:

- Es ist eine Überdimensionierung der strukturellen und beweg lichen Teile des Kompressors erforderlich, die durch den zusätz lichen Widerstand beeinflußt werden, der überwunden werden muß, was erforderlich macht, daß größere Materialstärken oder Materialien mit besseren Eigenschaften verwendet werden, wodurch sich höhere Herstellungskosten ergeben.
- Es ist erforderlich, den Motor für die Spitzenleistung überzu dimensionieren, die beim Anlaufen erforderlich ist, wobei diese Spitzenleistung zum größten Teil durch den zusätzlichen vorste hend genannten Widerstand bestimmt ist und einen Wert aufweist, der wesentlich größer ist, als dies für den Normalbetrieb er forderlich ist. Dies führt zu höheren Herstellungskosten, weil die Kosten für den Motor proportional zu seiner Leistung sind.
- Der Energieverbrauch ist wesentlich höher, als dies erforderlich ist, um die den beweglichen Bauteilen des Kompressors eigene natürliche Trägheit beim Anlaufen zu überwinden, was zu höheren Betriebskosten führt.
- Beim Anlaufen ergeben sich größere Stöße und damit höhere Schwingungswerte, was zu Beschädigungsgefahren sowohl des Kompressors als auch seiner Tragstruktur führt (Rahmen, Karosserie und dergleichen).

Dies alles ist insbesondere deshalb unerwünscht, wenn man berück sichtigt, daß die übliche Betriebsweise derartiger Kompressoren inter mittierend ist, weil die Druckluftspeicher einen Druckluftregler auf weisen, der das Anlaufen des Kompressors hervorruft, wenn der innere Speisedruck einen Minimalwert unterschreitet, und der den Kompressor abschaltet, wenn der Innendruck wieder erreicht wurde, was dazu führt, daß das Anlaufen und Stoppen des Kompressors häufig auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansaugventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau ein weiches und leichtes Anlaufen des Druckluftkompressors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ansaugventils wird ein weiches und leichtes Anlaufen des Druckluftkompressors erreicht, weil hierbei der Widerstand, der bei den bekannten Kompressoren bei der Kompression der Luft in dem Zylinder bei unterhalb der nornmalen Betriebsgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeiten hervorgerufen wird, beseitigt oder auf ein Minimum verringert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Ansaugventil mündet die innere Mündung der Ansaugöffnung auf der Innenseite in einer Sitzfläche, die eine Rampenform aufweist, deren schräges Profil sich divergierend von der natürlichen ebenen Ruhestellung der elastischen Verschlußzunge oder -klappe zwischen einer der Befestigungsstelle der Klappe oder Zunge benachbarten Stelle zu deren freien Ende hin entfernt, wobei die Abmessungen des Umrisses dieser Sitzrampe zweckmäßigerweise größer sind, als die Abmessungen der elastischen Verschlußklappe oder -zunge.

Diese Konstruktion führt dazu, daß ein geneigter Verschlußsitz für die elastische Zunge oder Klappe gebildet wird, was dazu führt, daß das Luftansaugventil des Zylinders solange dauernd offen ist, wie in diesem Zylinder kein Druck erreicht wird, der ausreicht, um das Biegen der Klappe oder der Zunge gegen den Verschlußsitz zu erzwingen. Daraus folgt, daß, wenn die Geschwindigkeit, mit der der Kolben die Luft durch das geöffnete Ansaugventil hindurchbewegt, derart groß ist, daß dieses Ansaugventil nicht mehr die gesammte erforderliche Strömungsmenge auf nehmen kann, die Klappe oder Zunge diesem Druck der Luft ausgesetzt ist, die nicht mehr frei austreten kann, so daß die Klappe oder Zunge gegen die Sitzrampe gebogen wird und die Ansaugöffnungen verschließt. Es ist zu erkennen, daß es ausreichend ist, die Flexibilität der Klappe oder Zunge und den Durchtrittsquerschnitt der Luft zwischen der Klappe oder Zunge und dem geneigten Sitz derart zu bemessen, daß die Verbiegung der Zunge oder Klappe mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, zu dem die Geschwindigkeit des Kolbens gleich ist oder wird, die erforderlich ist, um das Ausstoßventil zu öffnen, wobei hierdurch die Anlaufphase durchlaufen wird, ohne daß der zusätzliche Widerstand überwunden werden muß, der während dieser Anlaufphase bei den bekannten Kompressoren erzeugt wird, bei denen die in dem Zylinder enthaltene Luft nicht entweichen kann.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform bestehen in einem geringeren Energieverbrauch, in der Möglichkeit, den Kompressor hin sichtlich seiner mechanischen Abmessungen und seiner Leistung an die mechanischen Beanspruchungen und die Leistung anzupassen, die im Normal betrieb erforderlich sind, bei dem lediglich die normale Trägheit beim Ingangsetzen überwunden werden muß. Weiterhin kann die Masse der ver schiedenen Teile und Elemente des Kompressors verringert werden und schließlich wird durch das leichte und weiche Anlaufen die Lebensdauer des Kompressors vergrößert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Betriebs- Biegelinie der elastischen Klappe oder Zunge des Ansaugventils konstruk tiv vorgegeben, und zwar mit Hilfe einer eine geringere Stärke aufwei senden Linie oder dergleichen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die elastische Klappe oder Zunge verschiedene geometrische Formen aufweisen, wofür als Beispiele lediglich eine einfache Zunge, eine doppelte Zunge oder eine Scheibe genannt sein sollen, die in den Fällen verwendet werden, in denen die Öffnungen und die geneigten Sitze oder Rampen eine Anordnung oder Form aufweisen, die ausreicht, um die Funktion zu erfüllen.

Weiterhin ist es gegebenenfalls auch möglich, die geneigte, eine Aus sparung in der Oberfläche des Zylinderkopfes darstellende Sitzrampe dadurch zu ersetzen, daß der Klappe oder Zunge eine von dieser Ober fläche fortgerichtete Vorspannung erteilt wird, die ebenfalls dazu führt, daß das Einsaugventil während der Anlaufphase offen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Diametralschnittes des Zylinder kopfes eines Kompressors, der mit einer Ausführungsform des Ansaugven tils versehen ist, wobei diese Darstellung die beiden Ansaug- und Ausstoßventilzungen und deren normale ebene Form zeigt, die dem Ruhe zustand und einem mittleren Zeitpunkt der Anlaufphase entspricht.

Fig. 2 eine Ansicht, die die Ansaug- und Ausstoßventile zeigt und die einer Unteransicht entspricht, wobei der Körper des Zylinders fortge lassen wurde.

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, in der jedoch der Zeit punkt des Ausstoßens der Luft in den Speicherbehälter gezeigt ist.

Fig. 4 und 4A eine Unteransicht bzw. eine Schnittansicht einer Aus führungsform des Ansaugventils mit einer doppelzüngigen Ventilklappe.

Fig. 5 und 5A eine Unteransicht bzw. eine Schnittansicht einer Aus führungsform des Ansaugventils mit einer scheibenförmigen Klappe.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden die folgenden Bezugsziffern für die angegebenen Teile verwendet:

1 einfache elastische Verschlußkappe oder
Verschlußzunge
2 Ansaugöffnung
3 Sitzrampe
4 Befestigungsschraube
5 flexible Verschlußkappe
6 Ausstoßöffnung
7 Zylinder
8 Kolben
9 Ansaugkammer
10 Ausstoßkammer
11 doppelte zungenförmige Verschlußkappe
12 scheibenförmige Verschlußkappe
13 symmetrische Rampen
14 kreisförmige Rampe
15 Schwächungslinie
16 Anschlag

In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Ver bindung mit einigen häufigen Formen der elastischen Zunge oder Klappe (1, 11, 12) dargestellt. Diese Verschlußklappen oder Verschlußzungen wirken mit einer geneigten Sitzrampe (3, 13, 14) zusammen.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen den Grundgedanken der Erfindung, wobei die Verschlußklappe die Form einer einfachen Zunge (1) aufweist, und wobei diese Darstellung nicht nur die Erläuterung der Ausgestaltung des Ansaugventils sondern auch seiner Wirkungsweise ermöglicht.

Die Fig. 4, 4A und 5, 5A zeigen entsprechende Ausführungsformen, bei denen die elastische Verschlußklappe die Form einer doppelten Verschluß zunge (11) bzw. einer Scheibe (12) aufweist, wobei diese Formen der Verschlußklappe hinsichtlich ihrer Funktionsweise dem gleichen Grundge danken entsprechen, wie im Fall der Verschlußklappe in Form einer ein fachen Verschlußzunge (1).

Die Schnittansichten der Fig. 1 und 2 zeigen einen Zylinderkopf (7) mit einem Kolben (8) in einer Mittelstellung sowie ein Ansaugventil und ein Ausstoßventil, die eine Verbindung zwischen dem Zylinder (7) und einer jeweiligen Ansaugkammer (9) bzw. einer Ausstoßkammer (10) herstel len können.

Das Ausstoßventil weist eine Form auf, wie sie bisher auch für die An saugventile verwendet wurde, und dieses Ausstoßventil besteht im wesentlichen aus einer ebenen flexiblen Verschlußklappe (5), die in ihrer Ruhestellung gegen einen ebenen Sitz anliegt und dabei die Mündung der Ausstoßöffnung (6) außerhalb des Zylinders (7) verschließt. Der Ver schlußsitz dieser Ausstoßklappe (5) wird dadurch sichergestellt, daß von außen der Druck des Druckluftspeicherbehälters derart wirkt, daß diese Verschlußklappe (5) sich nur dann von dem Sitz trennt und die Strömung der Luft zum Speicherbehälter ermöglicht, wenn in dem Zylinder (7) ein Druck herrscht, der den Druck des Speicherbehälters ausgleicht und das Verbiegen der Verschlußklappe (5) hervorruft, die sich zu diesem Zeitpunkt soweit öffnet, wie es der Anschlag (16) zuläßt.

Das Ansaugventil weist eine elastische Klappe (1) auf, die von Natur aus eben ist und die die Besonderheit aufweist, daß der Verschlußsitz geneigt ist und eine Rampe (3) mit einer Neigung bildet, die von der den Befestigungsschrauben (4) der Verschlußklappe (1) benachbarten Stelle aus in Richtung auf das freie Ende der Verschlußklappe divergiert, der art, daß wenn sich die Verschlußklappe (1) in ihrer natürlichen ebenen Position befindet, sie nicht einen Verschlußsitz mit der Ansaugöffnung (2) bildet, die in diese Rampe (3) mündet, so daß die Verbindung zwischen dem Zylinder (7) und der Ansaugkammer (9) nicht unterbrochen ist.

Diese Ausführungsform ermöglicht es, daß in der Anlaufphase den Ausstoß hüben des Kolbens (8) kein zusätzlicher Widerstand entgegengesetzt wird, der sich aus der Kompression der Luft in dem Zylinder (7) ergeben würde, weil die Luft zwischen der Veschlußklappe (1) und der Rampe (3) hindurch über die Ansaugöffnung (2) austreten kann. Erst wenn die von dem Kolben (8) erreichte Geschwindigkeit derart ist, daß dieser Luftaustritt nicht mehr die Durchflußmenge absorbieren kann, die dem gesamten ausgestoße nen Luftvolumen entspricht, wird die Verschlußklappe (1) gebogen und gelangt in einen Verschlußsitz auf der Rampe (3). Zu diesem Zeitpunkt ist die Geschwindigkeit des Kolbens (8) und damit der in dem Zylinder erreichte Druck ausreichend oder nahezu ausreichend (abhängig von dem Druckwert des Speicherbehälters), damit sich die Verschlußklappe (5) von ihrem Sitz trennen kann. Die Fig. 3 zeigt diesen endgültigen Fall, in dem das Ansaugventil geschlossen ist und das Ausstoßventil geöffnet ist, während die Fig. 1 für den Fall des Ruhezustandes und für Zwischenzeitpunkte während der Anlaufphase gültig ist, in denen der Kolben (8) noch nicht die Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat und das Ansaugventil dauernd offen ist, während das Ausstoßventil dauernd geschlossen ist.

Wenn die Verschlußklappe (Fig. 4 und 4A) die Form einer doppelten Zunge (11) aufweist, so sind zwei symmetrische Rampen (13) bezüglich der Mittellinie vorgesehen, die durch die Befestigungsschrauben (4) definiert ist, wobei jede dieser Rampen eine Form aufweist, die dem Fall der einfachen Zunge (1) entspricht, und wobei zwei Ansaugöffnungen (2) vorgesehen sind.

Wenn die Verschlußklappe (Fig. 5 und 5A) die Form einer Scheibe (12) aufweist, weist der Verschlußsitz die Form einer kreisförmigen Rampe (14) auf, die entsprechend dem vorstehend beschriebenen Grundgedanken ausgeführt ist, und in diese Rampe münden Ansaugöffnungen (2) mit einer geeigneten Anzahl und Anordnung (bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Öffnungen vorgesehen, die gegeneinander um 90 Grad versetzt sind).

In den Fig. 2, 4 und 5 ist die Schwächungslinie (15) dargestellt, die konstruktiv an den Verschlußklappen (1, 11, 12) ausgebildet ist, damit die Biegung dieser Verschlußklappen in einwandfreier Weise erfolgt.

Claims

1. Ansaugventil für Druckluftkompressoren mit einer ebenen Verschlußklappe oder -zunge und einer Sitzfläche über der inneren Mündung der Luftansaugöffnung im Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappe (1) elastisch ist und eine natürliche ebene Position aufweist, während die Ansaugöffnung (2) in das Innere einer Sitzfläche in Form einer Rampe (3) mündet, deren schräges Profil sich divergierend von der natürlichen ebenen Ruhestellung der elastischen Verschlußklappe (1) ausgehend von einer Stelle benachbart zum Befestigungspunkt der Verschlußklappe (1) zu ihrem freien Ende hin entfernt, wobei der Umriß dieser Sitzrampe (3) im wesentlichen größer ist als der Außenumriß der elastischen Verschlußklappe (1), so daß die Sitzrampe einen geneigten Sitz bezüglich der Ruhestellung der elastischen Verschlußklappe (1) des Ansaugventils bildet und dieses Ansaugventil (1) lediglich dann durch die Verschlußklappe (1) verschlossen wird, wenn die Steifigkeit der Verschlußklappe (1) dadurch überwunden wird, daß die in dem Zylinder (7) erzeugte Luftdurchsatzmenge einen vorgegebenen Wert übersteigt, der der Luftdurchsatzmenge in der Nähe des Normalbetriebszustandes entspricht, während bei geringeren Luftdurchsatzmengen, die der Anlaufphase des Kompressors entsprechen, die Verschlußklappe (1) dauernd von ihrem Sitz getrennt bleibt, so daß der Austritt der komprimierten Luft durch die Ansaugöffnung (2) ermöglicht wird.

2. Ansaugventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsbiegelinie der Verschlußklappe (1) konstruktiv durch eine Schwächungslinie (15) vorgegeben ist.

3. Ansaugventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible ebene Verschlußklappe des Ansaugventils die Form einer langgestreckten einfachen Verschlußzunge (1) aufweist, die mit ihrem einen Ende an der Wand des Zylinders (7) befestigt ist.

4. Ansaugventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene flexible Verschlußklappe die Form einer langgestreckten doppelten Verschlußzunge (11) aufweist, deren Mittelbereich an der Wand des Zylinders (7) befestigt ist, während die beiden Verschlußzungenenden benachbart zu jeweiligen Ansaugöffnungen (2) liegen, die in das Innere jeweiliger Sitzrampen (13) münden, deren divergierende schräge Profile symmetrisch bezüglich der mittleren Querebene der doppelten Verschlußzunge angeordnet sind.

5. Ansaugventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene flexible Verschlußklappe die Form einer Scheibe (12) mit einer am Mittelpunkt angeordneten Befestigung aufweist, und daß die Scheibe eine Anzahl von Ansaugöffnungen (2) verschließt, die auf ihrer Innenseite in eine einen kreisförmigen Umriß aufweisende Rampe (14) münden, deren geneigtes Profil sich divergierend ausgehend vom Mittelpunkt der Scheibe (12) bis zu deren Umfang hin von dieser Scheibe entfernt.