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Die Erfindung betrifft Gaskompressoren und
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,
Kolben-Zylinder-Luftkompressoren, bei denen der letztliche Druck der abgegebenen
Druckluft durch das Arbeiten eines Entladungsventils
begrenzt ist.
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In der GB-A-1334394 ist vorgeschlagen, den
Ausgangsdruck eines Kompressors zu begrenzen durch Einführen
eines zusätzlichen Spielvolumens. Bei einem besonderen
Beispiel eines Kompressors, bei welchem der Lieferdruck durch
ein hinzugefügtes Spielvolumen begrenzt ist, ist der
Kompressor mit einem Entlastungsventil oder Entladungsventil
versehen, welches einen auf Druck ansprechenden Steuerteil
hat, der dem gelieferten bzw. abgegebenen Druck unterworfen
ist. Der Steuerteil ist durch die Kraft einer Feder
vorgespannt derart, daß das Entlastungsventil geschlossen bleibt,
bis ein vorbestimmter Druck erreicht ist, der auf den auf
Druck ansprechenden Teil wirkt, um das Entladungsventil von
seinem Sitz wegzubewegen und dadurch ein kleines Volumen zu
dem Spielvolumen über dem Kopf des Kompressorkolbens
hinzuzufügen. Ein Nachteil einer solchen Ausführung besteht
darin, daß das Entladungsventil derart empfindlich sein
kann, daß es bei kleinen Schwankungen des Abgabedrucks
öffnen und schließen kann. Tatsächlich kann für das Ventil
das Bestreben bestehen, sich während jedes Kreislaufs des
Kompressorkolbens zu öffnen und zu schließen zu Zeitpunkten,
wenn der Abgabedruck sich an oder nahe dem vorbestimmten
Wert befindet.
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In der DE-A-2818482 ist eine alternative
Kompressorausführung vorgeschlagen, bei welcher anstelle des
Vorsehens von Einlaß- und Auslaßventilen in einem Zylinderkopf,
wie es in dem obengenannten Dokument dargestellt ist, diese
Ventile Zungenventile an einer Ventilplatte sind und ein
Entladungsventil weiterhin vorgesehen ist, welches ein
Ventilglied hat, das mit der oberen Fläche der Ventilplatte in
Eingriff treten kann. Auch hier ist wiederum das
Entladungsventil dem Druck in der Kompressionskammer unterworfen in
einem Sinn derart, daß Oszillation oder Schwingung während
der Übergänge zwischen belasteten und entlasteten Zuständen
des Kompressors auftreten kann. Im Fall der genannten
deutschen Offenlegungsschrift ist die Kompressionskammer
während der entlasteten Zustände mit der Atmosphäre
verbunden.
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Als Folge der Gestaltungen der zum Stand der
Technik gehörenden Ausführungen ist gefunden worden, daß nicht
nur ein Bestreben zum Oszillieren oder Schwingen vorhanden
ist, sondern daß solche Gestaltungen auch zu unwirksamem
Arbeiten führen, nämlich unerwünschtem Erhitzen, insbesondere,
wenn das Entladungsventil dazu verwendet wird, ein
zusätzliches Spielvolumen bzw. einen zusätzlichen Spielraum
anzuschließen.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht daher
darin, eine verbesserte Gaskompressorvorrichtung zu
schaffen, in welcher die obengenannten Nachteile verringert sind.
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Gemäß der Erfindung ist eine
Gaskompressorvorrichtung geschaffen, umfassend einen Kompressionsteil, der sich
in einer Kompressionskammer hin- und herbewegt, die ein
Kopfgebilde hat mit einem ersten Hauptteil und einem zweiten
Abdeckteil, der von dem ersten Hauptteil trennbar ist, wobei
das Kopfgebilde ein Einlaßventil, ein Abgabeventil, ein
zusätzliches Spielvolumen und ein Entladungsventil umfaßt,
welches eine auf Druck ansprechende
Ventilbetätigungseinrichtung und einen Stößel hat, wobei das Entladungsventil
durch eine Feder in Eingriff mit einem Ventilsitz in einem
Durchgang zwischen der Kompressionskammer und dem
zusätzlichen Spielvolumen vorgespannt ist und, wenn es geschlossen
ist, das zusätzliche Spielvolumen von der Kompressionskammer
trennt und es dem Kompressionsteil ermöglicht, abwechselnd
Gas durch das Einlaßventil hindurch einzusaugen und das
eingesaugte
Gas auf einen gewünschten Druck zu komprimieren für
Abgabe durch das Abgabeventil an einen Empfänger, und wobei
das Entladungsventil, wenn es von der Betätigungseinrichtung
geöffnet wird, auf den Stößel gegen die Federvorspannung
beim Ansprechen auf ein Steuersignal wirkt, was dazu dient,
die Abgabe zu unterbrechen durch Verbinden des zusätzlichen
Spielvolumens mit der Kompressionskammer, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ventilsitz in einer inneren Fläche
der Kompressionskammer gebildet ist und die
Betätigungseinrichtung einen auf Druck ansprechenden Teil aufweist, der
so angeordnet ist, daß eine erste Fläche auf ein Drucksignal
an einer Steueröffnung von einer Regelereinrichtung
anspricht, welche das Erreichen eines voreingestellten
Drucks in dem Empfänger feststellt, um das Entladungsventil
gegen die Vorspannung der Feder in Richtung in die
Kompressionskammer hinein zu bewegen, und die auf Druck
ansprechende Betätigungseinrichtung eine zweite kleinere
Fläche hat, die dem Druck in dem zusätzlichen Spielvolumen
ausgesetzt und von dem Entladungsventil getrennt jedoch mit
diesem arbeitsmäßig gekoppelt ist.
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Damit die Erfindung noch klarer verständlich wird
und bequem zur Wirkung gebracht werden kann, wird sie weiter
beispielsweise beschrieben unter Bezugnahme auf die
begleitende Zeichnung, in welcher
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Fig. 1 in Schnittansicht Teile eines
Luftkompressors und eines Systems zeigt, bei denen die vorliegende
Erfindung verwendet wird,
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Fig. 2 eine Modifikation des Luftkompressors gemäß
Fig. 1 zeigt, und
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Fig. 3 eine weitere Modifikation des
Gaskompressors gemäß Fig. 2 zeigt, durch welche eine geringere
Gesamthöhe erreicht wird.
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Gemäß der Zeichnung hat ein Luftkompressor mit
sich hin- und herbewegendem Kolben einen Zylinder, wobei ein
Teil von diesem mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, und
wobei der Zylinder eine Bohrung 2 und einen Kolben 3 umfaßt,
der darin abgedichtet verschiebbar ist. Der Zylinder 1 ist
mit einer Ventilplatte 4 versehen mit einem Abgabeventil 4b
und einem Einlaßventil 4a zusammen mit einem
Zylinderkopfgebilde, welches einen ersten Hauptteil 5 und einen zweiten
Deckelteil 6 aufweist, der von dem Teil 5 trennbar ist für
bequeme Herstellung, bequemes Zusammenfügen und nachfolgende
Wartung eines weiteren Tellerventils, welches mit dem
Bezugszeichen 7 bezeichnet ist und als ein Entlastungsventil
bzw. Entladungsventil arbeitet.
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Der Zylinderkopf hat eine Induktions- bzw.
Ansaugkammer 8, die mit einer Kompressionskammer 9 über dem Kolben
über das Einlaßventil 4a verbunden ist, wobei abgegebene
Druckluft aus dem Bereich 9 durch das Abgabeventil 4b
hindurch zu einer Abgabeöffnung 10 strömt zur Lieferung an
einen Empfänger, der einen Vorratsbehälter 11 aufweist. Der im
Behälter 11 gespeicherte Druck wird über eine Leitung 12 zu
einer Verwendungseinrichtung geliefert, beispielsweise einer
Bremsanlage. Der Druck in der Leitung 12 wird von einer
Überwachungseinrichtung 13 festgestellt, die typisch ein
Überwacher bzw. Regler des Typs D2 ist, der von der
Anmelderin vermarktet wird und beispielsweise in deren "Technical
Pamphlet 4/002" beschrieben ist. Ein Drucksignal kann von
dem Regler 13 abgeleitet werden bei Erreichen eines
vorbestimmten Drucks in dem Behälter, und es kann an eine
Steuereingangsöffnung 14 angelegt werden, die mit einer ersten
größeren Fläche 15 einer auf Druck ansprechenden
Betätigungseinrichtung in Verbindung steht, welche einen
Stufenkolben 16 mit Dichtungen 17 und 18 aufweist. Der Bereich
zwischen den Dichtungen 17 und 18 wird über einen kleinen
Durchgang 26 (in gestrichelten Linien dargestellt) zur
Atmosphäre entlüftet. Die gegenüberliegende Fläche 19 des
Kolbens 16 kann mit dem Innenende 20 eines Stößels 7a des
Entlastungsventils bzw. Entladungsventils 7 in Eingriff
gebracht werden, welches in einer Ventilführung 21 angeordnet
ist und einen Kopf 22 hat, der mit einem Sitz 23 in Eingriff
gebracht werden kann, der in dem Zylinderkopfteil 5 und
daher
in der inneren Fläche der Kompressionskammer 9 gebildet
ist. Das Ventil 7 ist in die geschlossene Stellung
vorgespannt, und zwar gemäß der Darstellung durch eine
kegelstumpf förmige Feder 24, die zwischen der Führung 21 und
einem Bund 25 wirkt, der an dem Stößel durch einen geeigneten
Sicherheitsring oder einen Keil 29 in einer ringförmigen Nut
gehalten ist. Innerhalb des Zylinderkopfgebildes zwischen
den Teilen 5 und 6 ist ein zusätzliches Spielvolumen 27
vorgesehen, welches über Öffnungen 28 in der Ventilführung 21
und das vom Sitz wegbewegte Ventil 7 mit dem Bereich 9
oberhalb des Kolbens in Verbindung steht. Die durch den Kopf 22
des Ventils für den Druck im Bereich 9 dargebotene Fläche
liegt zwischen der Fläche von 19 und der Fläche von 15.
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Die Kompressorvorrichtung arbeitet in üblicher
Weise, wobei sie Luft über die Ansaugkammer 8 ansaugt und
Druckluft über die Abgabeöffnung 10 in das Speichervolumen
des Behälters 11 abgibt, welches in Übereinstimmung mit der
Verwendungseinrichtung gewählt ist, und bei Erreichen eines
ausgewählten Drucks legt die Reglereinrichtung 13 ein
Drucksignal an die Steueröffnung 14 an. Der durch den Regler
gelieferte Druck nähert sich dem Druck in dem Behälter an und
dies wirkt auf die erste obere Fläche 15 des Kolbens 16, um
dadurch das Ventilglied gegen die Wirkung der Feder 24 und
den Druck in der Kammer 9, der auf die Fläche von 22 wirkt,
derart zu drücken, daß das Ventil schnell von seinem Sitz
wegbewegt wird. Durch das Öffnen dieses weiteren Ventils
wird das extra Spielvolumen, welches durch den Bereich 27
vorgesehen ist, mit dem Volumen der Kammer 9 verbunden. Das
Volumen von 27 beträgt annähernd das Zwanzigfache des
Minimalvolumens der Kammer 9, und typisch 100 cm³. Unter diesen
Bedingungen fällt der in der Kammer 9 erreichte maximale
Druck unmittelbar auf einen Wert, der merkbar niedriger als
der vorhergehende Abgabedruck und der Druck in dem Behälter
11 ist, so daß der Kompressor nunmehr aufhört, Druckluft
abzugeben. Es gibt dann eine zyklische Druckschwankung,
begleitet durch eine Luftströmung rückwärts und vorwärts über
das offene Ventil 22 zwischen den Bereichen 9 und 27, wenn
der Kolben 3 das Volumen 9 zyklisch ändert. Das Ventil 7
bleibt offen, da die Druckschwankungen, die auf die kleinere
Fläche des Kolbens 16 wirken, nicht ausreichend sind, den
Kolben gegen den Steuerdruck zu bewegen, der auf die größere
Fläche des Kolbens 16 wirkt.
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In der Kompressorvorrichtung, die zuvor unter
Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist, besteht die
Möglichkeit, daß Druckschwankungen in der Kompressionskammer
9 des Kompressors bewirken, daß das Ventil 7 an seinem Sitz
rattert, während das Drucksignal an der Steueröffnung 4 sich
verstärkt bzw. abschwächt, und zwar innerhalb eines kleinen
kritischen Bandes oder Bereiches von Drücken, in welchem das
Ventil 7 betätigt werden soll, entweder um den Kompressor zu
entlasten bzw. zu entladen oder das Arbeiten des Kompressors
wieder herbeizuführen. Eine Modifikation der Ausführung
gemäß Fig. 1, die dazu gestaltet ist, ein solches
Ventilrattern zu verringern oder zu verhindern, ist in Fig.
2 dargestellt, in welcher die entsprechenden Durchgänge,
Öffnungen, Volumina und Bauteile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sind, wie die entsprechenden Teile in Fig. 1.
Das zusätzliche Hauptmerkmal von Fig. 2 besteht darin, daß
die auf Druck ansprechende Betätigungseinrichtung einen
Kolben 36 aufweist, der in seinem oberen Teil von größerer
Länge ist. Der Kolben 36 ist mit zwei 0-Ringdichtungen 37
und 38 versehen. Der Signaldurchgang von der
Steuersignaleingangsöffnung 14 steht nunmehr über einen ringförmigen
Bereich 40 zwischen den Dichtungen 37 und 38 und einem
verengten Strömungsdurchgang 39 in dem Kolben mit dem oberen
Bereich 41 des verlängerten Kolbens in Verbindung. Der Teil
des Kolbens 36, der die Dichtung 38 trägt, hat einen etwas
verringerten Durchmesser im Vergleich mit der Fläche 15 des
Kolbens 16 gemäß Fig. l und dem Teil des Kolbens 36, der die
Dichtung 37 trägt, damit er bequem in einer Bohrung 43
aufgenommen werden kann, die in einer eingeschraubten
Verschlußkappe 42 gebildet ist, die daher keinen Durchmesser zu
haben braucht, der größer als der Durchmesser der
Verschlußkappe gemäß Fig. 1 ist.
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Im Betrieb der Kompressorausführung gemäß Fig. 2
sei angenommen, daß anfänglich der Kompressor arbeitet, um
Druck über die Abgabeöffnung 10 an den Behälter 11 zu
liefern, wobei der Druck im Behälter 11 einen Wert erreicht,
der durch den Regler 13 als der voreingestellte normale
Betriebsdruck für das System oder die Anlage festgestellt
wird, die durch den Behälter beliefert wird, und der Regler
13 liefert einen Steuerdruck an die Öffnung 14. Abhängig von
den Charakteristiken des Reglers und den Längen und
Durchmessern der Strömungswege für das Steuerdrucksignal kann der
an den Kolben 36 angelegte Druck einer progressiven Erhöhung
unterworfen sein. Da jedoch dieser Druck über den verengten
Drosseldurchgang 39 angelegt wird, ist ein kleines Volumen
über dem Bereich 41 des Kolbens vorhanden, welches mit dem
verengten Durchgang 39 wirksam ist, die Wirkungen
pulsierender Strömung durch das Ventil hindurch zu dämpfen,
wenn das Ventil offen ist. Ein Rattern des Kopfes des
Ventils 7 gegen seinen Sitz 23 ist daher im wesentlichen
verhindert oder verringert. In ähnlicher Weise dient während
der Freigabe von Signaldruck an der Öffnung 14, wenn der
Regler bestimmt, daß der Kompressor wiederum "on-load" gehen
soll, das Luftvolumen oberhalb des Bereiches 41 des Kolbens
dahingehend, gegen das Ventil 7 zu wirken, bis eine
ausreichende Druckverringerung auftritt, um es dem Ventil zu
ermöglichen, sich unter der Wirkung der Feder 24 vollständig
an seinem Sitz 23 zu schließen, unterstützt schließlich
durch einen Aufwärtskompressionshub des Kompressorkolbens.
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Bei jeder dieser vorstehend beschriebenen
Ausführungen wird das Entladungstellerventil durch einen
Betätigungskolben betätigt, der mit dem Ventil ausgerichtet und
über ihm angeordnet ist, wohingegen bei gewissen Anwendungen
die zusätzliche Höhen unannehmbar sein kann, wie sie durch
das Vorhandensein eines solchen Betätigungskolbens
erforderlich ist. Bei einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, kann die
Anforderung an die Höhe des Zylinderkopfgebildes zum Aufnehmen
des Betätigungskolbens weiter verringert werden durch
Anordnen des Betätigungskolbens an der Seite des Ventils und
nicht über ihm, und durch Vorsehen einer zweckentsprechenden
Schwingarmverbindung zwischen ihnen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind für die
entsprechenden Bauteile, die bereits genannt worden sind,
ähnliche Bezugszeichen verwendet.
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Das Zylinderkopfgebilde weist eine Ventilplatte 4,
einen ersten Hauptteil 63 und einen zweiten Deckelteil 64
auf. Die Betätigungseinrichtung weist nunmehr einen Kolben
66 auf, der in einer zylindrischen Bohrung 67 abgedichtet
verschiebbar ist, die in dem Teil 68 des
Zylinderkopfgebildes und auf der Seite und entlang des Tellerventils 7
gebildet ist. Der Kolben 66 ist dem Kolben 36 gemäß Fig. 2
ähnlich, und der den verengten Durchgang 68 umfassende Teil
umfaßt eine Ausnehmung 72 für eine schwache Feder 73 und ist
in einem zweckentsprechenden Stopfen 69 abgedichtet
verschiebbar, der das untere Ende des Zylinders 67 abschließt.
Ein Schwinghebel 70 ist an einer Spindel 71 schwenkbar, die
in dem Zylinderkopf aufgenommen ist derart, daß
Aufwärtsbewegung des Kolbens 66 über den Schwingarm 70 gegen das obere
Ende des Stößels 7a des Ventils 7 wirkt, wodurch das Ventil
7 in der gleichen Weise wie zuvor betätigbar ist-bei Anlegen
eines Reglersignals an einen ringförmigen Bereich 64. Die
Feder 73 verhindert unnötiges Rattern.
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Bei den Ausführungen, wie sie in den Fig. 1, 2
und 3 dargestellt sind, ist, wenn Materialien verwendet
werden, die in üblicher Weise für Zylinderköpfe und Ventile
verwendet werden, gefunden worden, daß es bevorzugt wird,
daß der Umfang des Kopfes (beispielsweise 22 in Fig. 1)
gekrümmten Querschnitt hat und der Sitz, der ihn aufnimmt,
zweckmäßig kegelstumpf förmig ist.
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Ein Vorteil des Entlastens oder Entladens eines
Kompressors derart, wie es durch die Erfindung vorgesehen
ist, besteht darin, daß ein kompaktes Gebilde erhalten wird.
Überführung von Öl von der Kompressionskammer des
Kompressors kann minimiert werden durch Aufrechterhalten von
Druck über dem Kolben 3, selbst wenn der Kompressor "off
load" bzw. entlastet ist, und dies kann nunmehr erhalten
werden in praktischer Weise durch die Merkmale, durch welche
die Erfindung in der vorstehenden Beschreibung definiert
ist. Wasserkühlungsdurchgänge, Luftdurchgänge und Volumina
können an dem Kompressor vorgesehen sein ohne eine
unerwünschte große Konstruktion.
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Weiterhin ist durch das Vorhandensein eines
zusätzlichen Spielvolumens, welches durch die Teile des
Zylinderkopfgebildes definiert oder gebildet ist, wobei das
zusätzliche Spielvolumen mittels eines
Entlastungstellerventils wie das Ventil 7 angeschlossen werden kann, welches
insbesondere durch eine auf Druck ansprechende
Betätigungseinrichtung betätigt wird, die durch eine Reglereinrichtung
gesteuert wird, die Möglichkeit im wesentlichen beseitigt,
daß das Ventilglied durch Druckschwankungen in der Kammer 9
betätigt wird. Es ist weiterhin ersichtlich, daß bei einem
auf Druck ansprechenden Teil, wie beispielsweise 16, 36 und
66, dessen relativ große Fläche dem Reglersignal unterworfen
ist und dessen relativ kleine Fläche dem Druck in dem
zusätzlichen Spielvolumen unterworfen ist, der letztere Druck
gewöhnlich nicht in der Lage ist, die Wirkung des genannten
Teils beträchtlich zu beeinträchtigen.
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Obwohl es hier mit einer Ausführungsform der
Erfindung nicht beschrieben ist, ist zu verstehen, daß der
Regler, falls gewünscht, im Zylinderkopf vorhanden sein kann
oder sogar teilweise mit der Betätigungseinrichtung des
Entladungstellerventils einheitlich ausgebildet sein kann.
Wiederum kann das Steuersignal, welches die
Betätigungseinrichtung betätigt, als Alternative ein anderes als ein
Fluiddrucksignal sein, beispielsweise ein elektrisches Signal,
um eine auf ein elektrisches Signal ansprechende
Betätigungseinrichtung zu betätigen.